JP5871186B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery active material, method for producing the active material, non-aqueous electrolyte secondary battery electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Non-aqueous electrolyte secondary battery active material, method for producing the active material, non-aqueous electrolyte secondary battery electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、非水電解質二次電池用活物質、その活物質の製造方法、及びその活物質を用いた非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to an active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing the active material, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the active material.

従来、非水電解質二次電池には、正極活物質として主にLiCoOが用いられている。しかし、放電容量は120〜130mAh/g程度であった。 Conventionally, LiCoO 2 is mainly used as a positive electrode active material in a non-aqueous electrolyte secondary battery. However, the discharge capacity was about 120 to 130 mAh / g.

非水電解質二次電池用正極活物質材料として、LiCoOと他の化合物との固溶体が知られている。α−NaFeO型結晶構造を有し、LiCoO、LiNiO及びLiMnOの3つの成分の固溶体であるLi[Co1−2xNiMn]O(0<x≦1/2)」が、2001年に発表された。前記固溶体の一例である、LiNi1/2Mn1/2やLiCo1/3Ni1/3Mn1/3は、150〜180mAh/gの放電容量を有しており、充放電サイクル性能の点でも優れる。 As a positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, a solid solution of LiCoO 2 and other compounds is known. Li [Co 1-2x Ni x Mn x ] O 2 (0 <x ≦ 1/2) having a α-NaFeO 2 type crystal structure and being a solid solution of three components of LiCoO 2 , LiNiO 2 and LiMnO 2 Was announced in 2001. LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 and LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , which are examples of the solid solution, have a discharge capacity of 150 to 180 mAh / g, and are charged and discharged. Excellent cycle performance.

上記のようないわゆる「LiMeO型」活物質に対し、遷移金属(Me)の比率に対するリチウム(Li)の組成比率Li/Meが1より大きく、例えばLi/Meが1.25〜1.6であるいわゆる「リチウム過剰型」活物質が知られている。このような材料は、Li1+αMe1−α(α>0)と表記することができる。ここで、遷移金属(Me)の比率に対するリチウム(Li)の組成比率Li/Meをβとすると、β=(1+α)/(1−α)であるから、例えば、Li/Meが1.5のとき、α=0.2である。 For the so-called “LiMeO 2 type” active material as described above, the composition ratio Li / Me of lithium (Li) with respect to the ratio of transition metal (Me) is larger than 1, for example, Li / Me is 1.25 to 1.6. So-called “lithium-rich” active materials are known. Such a material can be expressed as Li 1 + α Me 1-α O 2 (α> 0). Here, when the composition ratio Li / Me of lithium (Li) with respect to the ratio of the transition metal (Me) is β, β = (1 + α) / (1-α), and thus, for example, Li / Me is 1.5. In this case, α = 0.2.

特許文献1には、このような活物質の一種であり、Li[Li1/3Mn2/3]O、LiNi1/2Mn1/2及びLiCoOの3つの成分の固溶体として表すことのできる活物質が記載されている。また、前記活物質を用いた電池の製造方法として、4.3V(vs.Li/Li)を超え4.8V以下(vs.Li/Li)の正極電位範囲に出現する、電位変化が比較的平坦な領域に少なくとも至る充電を行う製造工程を設けることにより、充電時の正極の最大到達電位が4.3V(vs.Li/Li)以下である充電方法が採用された場合であっても、177mAh/g以上の放電容量が得られる電池を製造できることが記載されている。 Patent Document 1 discloses a kind of active material such as Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 and LiCoO 2 as a solid solution. An active material that can be represented is described. In addition, as a method for manufacturing a battery using the active material, a potential change that appears in the positive electrode potential range of 4.3 V (vs. Li / Li + ) to 4.8 V or less (vs. Li / Li + ). This is a case where a charging method in which the maximum potential of the positive electrode at the time of charging is 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less is adopted by providing a manufacturing process that performs charging at least in a relatively flat region. However, it is described that a battery capable of obtaining a discharge capacity of 177 mAh / g or more can be manufactured.

このように、いわゆる「LiMeO型」正極活物質の場合とは異なり、いわゆる「リチウム過剰型」正極活物質では、少なくとも最初の充電において4.3Vを超える比較的高い電位、特に4.4V以上の電位に至って行うことにより、高い放電容量が得られるという特徴がある。しかしながら、このような「リチウム過剰型」正極活物質は、高率放電特性が十分ではなかった。特に、「リチウム過剰型」正極活物質は「LiMeO型」活物質と比べて放電の中期から末期にかけての低SOC領域において抵抗が大きくなる傾向があった。 Thus, unlike the so-called “LiMeO 2 type” positive electrode active material, the so-called “lithium-excess type” positive electrode active material has a relatively high potential exceeding 4.3 V, particularly 4.4 V or more, at least in the first charge. A characteristic is that a high discharge capacity can be obtained by carrying out the process to a potential of. However, such a “lithium-rich” positive electrode active material does not have sufficient high rate discharge characteristics. In particular, the “lithium-rich” positive electrode active material tended to have a higher resistance in the low SOC region from the middle to the end of the discharge than the “LiMeO 2 type” active material.

また、正極活物質粒子の表面と内部でリチウム遷移金属複合酸化物の組成を変えることにより、種々の特性を改良した発明の公知である(例えば、特許文献2〜8参照)。   In addition, it is known that the invention improves various properties by changing the composition of the lithium transition metal composite oxide on the surface and inside of the positive electrode active material particles (see, for example, Patent Documents 2 to 8).

特許文献2には、「一般式:LiMO(式中のMは、Co、NiおよびMnからなる群より選択される少なくとも1種の遷移金属元素を含む1種または2種以上の金属元素である)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物と、LiMnOで表わされるリチウムマンガン酸化物との固溶体粒子からなるリチウム二次電池用正極活物質であって、前記固溶体粒子の中心部に近いほど、前記LiMnOの濃度が前記LiMOの濃度よりも高く構成されており、且つ、該固溶体粒子の外表面に近いほど、該LiMOの濃度が該LiMnOの濃度よりも高く構成されるような濃度勾配を有していることを特徴とする、リチウム二次電池用正極活物質。」(請求項1)の発明が記載され、この発明は、「LiMOとLiMnOとの固溶体であって、ハイレートによる充放電を繰り返してもマンガンの溶出が抑制された、優れた負荷特性(大電流放電時でも高い容量を維持する特性)あるいはサイクル特性(充放電を繰り返しても高い容量を維持する特性)を有するリチウム二次電池用の正極活物質を提供すること」(段落[0007])を目的とするものであるが、LiMnOで表わされるリチウムマンガン酸化物粒子を出発原料としている(請求項4、実施例)ため、負荷特性(高率放電特性)の向上は十分とはいえはない。 Patent Document 2 discloses that “general formula: LiMO 2 (wherein M is one or more metal elements including at least one transition metal element selected from the group consisting of Co, Ni, and Mn”). lithium transition metal composite oxide represented by some), a positive electrode active material for a lithium secondary battery comprising a solid solution particles of lithium manganese oxide represented by Li 2 MnO 3, in the center of the solid-solution particles the closer the Li 2 concentration of MnO 3 is constituted higher than the concentration of the LiMO 2, and, the closer to the outer surface of the solid solution particles, the concentration of the LiMO 2 is than the concentration of the Li 2 MnO 3 The positive electrode active material for a lithium secondary battery, characterized in that it has a concentration gradient that is configured to be high. "(Claim 1) The invention of" LiMO 2 and Li 2 An excellent load characteristic (characteristic that maintains a high capacity even during a large current discharge) or cycle characteristic (repeated charge / discharge), which is a solid solution with MnO 3 and suppresses elution of manganese even after repeated high-rate charge / discharge Lithium manganese oxidation represented by Li 2 MnO 3 is intended to provide a positive electrode active material for a lithium secondary battery having a characteristic of maintaining a high capacity) (paragraph [0007]). Since the product particles are used as starting materials (claim 4, example), the load characteristics (high rate discharge characteristics) are not sufficiently improved.

特許文献3には、核となるLi−Mn複合酸化物粒子の粒子表面若しくは表面近傍に、組成がLix2Mn2−y2Niy2(0.95≦x2≦1.10、0.45≦y2≦0.55)、またはLix3Mn1−y3Fey3PO(0.98≦x3≦1.10、0<y3≦0.30)から選ばれる少なくとも1種のLi−Mn化合物粒子を被覆又は存在させた非水電解質二次電池用正極活物質粒子粉末の発明(請求項1)が記載されているが、この発明は、「高電圧充電時の充放電容量が大きく、初回充放電効率に優れた非水電解質二次電池用正極活物質粒子粉末を提供する」(段落[0001])ことを課題とするものであり、高率放電特性の向上を課題とするものではなく、また、粒子表面若しくは表面近傍にコバルトを含有するものではない。 In Patent Document 3, the composition of Li x Mn 2 -y 2 Ni y 2 O 4 (0.95 ≦ x2 ≦ 1.10, 0.45) is formed on or near the particle surface of Li—Mn composite oxide particles serving as a nucleus. ≦ y2 ≦ 0.55), or Li x3 Mn 1-y3 Fe y3 PO 4 (0.98 ≦ x3 ≦ 1.10, 0 <y3 ≦ 0.30) at least one Li—Mn compound particle The invention of the positive electrode active material particle powder for a non-aqueous electrolyte secondary battery coated with or present (claim 1) is described, but this invention states that “the charge / discharge capacity during high-voltage charging is large, ”Providing positive electrode active material particle powder for non-aqueous electrolyte secondary battery with excellent discharge efficiency” (paragraph [0001]), not a problem to improve high-rate discharge characteristics, Also, cobalt on the particle surface or in the vicinity of the surface It does not contain.

特許文献4には、「リチウムを含む主要電極活物質粒子と、粒径が前記主要電極活物質の10分の1であるリチウムを含む被覆電極活物質粒子と、を含み、前記リチウムを含む被覆電極活物質粒子は、前記主要電極活物質粒子の外層表面を被覆する上、焼結されることを特徴とするリチウム電池の複合電極活物質。」(請求項1)の発明が記載され、実施例として、LiNi0.75Co0.2Mg0.05の表面にLiCoOを被覆すること、LiMnの表面にLiCoOを被覆することが示されている(段落[0016]、[0017])が、「この複合材料により、電池の導電性および放電効率が向上する上、サイクル寿命を延長させることができる」(段落[0010])ことが記載されているだけで、高率放電特性についての記載はなく、また、活物質を「リチウム過剰型」とすることも示されていない。 Patent Document 4 includes “a main electrode active material particle containing lithium, and a coated electrode active material particle containing lithium whose particle size is one-tenth of the main electrode active material, and the coating containing lithium” The electrode active material particle covers the outer layer surface of the main electrode active material particle and is sintered, and the invention of claim 1 describes and implements the composite electrode active material of a lithium battery. As an example, it is shown that the surface of LiNi 0.75 Co 0.2 Mg 0.05 O 2 is coated with LiCoO 2 and the surface of LiMn 2 O 4 is coated with LiCoO 2 (paragraph [0016]. , [0017]) is only described as "This composite material can improve battery conductivity and discharge efficiency and extend cycle life" (paragraph [0010]). rate No description of electrostatic characteristics, not the active material is also shown to as "lithium-excess."

特許文献5には、「ニッケルコバルト複合水酸化物粒子の表面が非晶質部分を含むナトリウム含有コバルト化合物層で被覆されている正極活物質用前駆体と、リチウム塩との混合物を酸化雰囲気下で焼成することにより得られた正極活物質材料。」(請求項5)の発明が記載され、「前記正極活物質材料の内部はLiNi1−yCo(0.9≦x≦1.1、0<y≦0.5)で表されるリチウムニッケルコバルト複合酸化物からなり、前記正極活物質の表面部はLixNi1−A−BCoNa(0.9≦x≦1.1、0<A≦1.0、0<B≦0.02)で表されるナトリウム含有リチウムコバルト複合酸化物からなり、かつy<Aであること」(請求項6)も記載されているが、この発明により「高容量で、比較的安価で、しかも安全性に優れた非水電解質二次電池が得られる」(段落[0028])ことが記載されているだけで、高率放電特性についての記載はなく、また、ニッケルコバルト複合酸化物にマンガンを含有させることも示されていない。 Patent Document 5 discloses that a mixture of a lithium salt and a precursor for a positive electrode active material in which the surface of nickel-cobalt composite hydroxide particles is coated with a sodium-containing cobalt compound layer containing an amorphous portion is contained in an oxidizing atmosphere. The positive electrode active material obtained by firing at a. ”(Claim 5) is described, wherein“ the inside of the positive electrode active material is Li x Ni 1-y Co y O 2 (0.9 ≦ x ≦ 1.1, 0 <y ≦ 0.5), and the surface portion of the positive electrode active material is LixNi 1- AB Co A Na B O 2 (0.9 ≦ x ≦ 1.1, 0 <A ≦ 1.0, 0 <B ≦ 0.02), and y <A ”(Claim 6) However, according to the present invention, “high capacity, It is merely described that a non-aqueous electrolyte secondary battery that is relatively inexpensive and excellent in safety can be obtained ”(paragraph [0028]), there is no description about high-rate discharge characteristics, and nickel cobalt It is not shown that manganese is contained in the composite oxide.

特許文献6には、「電池活物質であって、少なくとも2種以上の活物質材料から構成され、粒子内の材料がコア−シェル型構造となっており、コア部の活物質材料に対してシェル部の活物質材料が高出力であることを特徴とする電池活物質。」(請求項1)の発明が記載され、コア部の活物質材料が、LiNiO中のニッケルの一部をマンガン、コバルト等で置換したものであること、シェル部の活物質材料が、LiMn中のマンガンの一部をコバルト等で置換したものであること(請求項6、請求項9)も記載されているが、この発明は、「出力性能と容量性能の異なるそれぞれの活物質材料の特性を十分生かすことのできる電池活物質およびこれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする」(段落[0006])ものであり、高率放電特性の向上を目的とするものではなく、また、活物質を「リチウム過剰型」とすることを示唆するものではない。 Patent Document 6 states that “a battery active material, which is composed of at least two types of active material, the material in the particle has a core-shell type structure, The battery active material is characterized in that the active material in the shell part has a high output. "(Invention 1) is described, and the active material in the core part is a part of nickel in LiNiO 2 is manganese. In addition, the active material material of the shell portion is one in which a part of manganese in LiMn 2 O 4 is substituted with cobalt or the like (claims 6 and 9). However, an object of the present invention is to provide a battery active material that can fully utilize the characteristics of each active material having different output performance and capacity performance, and a lithium ion secondary battery using the battery active material. ”(Paragraph [000 6]), and is not intended to improve the high-rate discharge characteristics, and does not suggest that the active material is “lithium-excess type”.

特許文献7には、活物質粒子が、少なくともそのコア部を構成する第1リチウムニッケル複合酸化物を含み、前記第1リチウムニッケル複合酸化物は、LixNi1-y-zCoyMez2(ただし、0.85≦x≦1.25、0<y≦0.5、0≦z≦0.5、0<y+z≦0.75、元素MeはAl、Mn、Ti、MgおよびCaよりなる群から選択される少なくとも1種)で表され、前記活物質粒子の表層部は、NaCl型結晶構造を有するニッケル酸化物もしくは第2リチウムニッケル複合酸化物を含み、前記活物質粒子の表層部は、更に、前記第1リチウムニッケル複合酸化物の結晶構造に組み込まれていない元素Mを含み、前記元素Mは、Al、Mn、Mg、B、Zr、W、Nb、Ta、In、MoおよびSnよりなる群から選択される少なくとも1種である、リチウムイオン二次電池の活物質粒子(請求項1)の発明が記載され、この発明は、「低温での高レート特性を阻害することなく、内部短絡時における安全性を更に高めることを目的とする」(段落[0012])ものではあり、LixNi1-y-zCoyMez2を出発原料としている(請求項6、実施例)ものの、NaCl型結晶構造を有するニッケル酸化物もしくは第2リチウムニッケル複合酸化物の活性度が低いため、高レート特性(高率放電特性)は優れたものではなく、また、粒子の表層部にコバルトを多く含有するものではない。 In Patent Document 7, the active material particles include at least a first lithium nickel composite oxide that constitutes a core portion thereof, and the first lithium nickel composite oxide is Li x Ni 1 -yz Co y Me z O 2. (However, 0.85 ≦ x ≦ 1.25, 0 <y ≦ 0.5, 0 ≦ z ≦ 0.5, 0 <y + z ≦ 0.75, the element Me is from Al, Mn, Ti, Mg and Ca. At least one selected from the group consisting of: a surface layer portion of the active material particles containing nickel oxide or a second lithium nickel composite oxide having a NaCl-type crystal structure; Further includes an element M that is not incorporated in the crystal structure of the first lithium-nickel composite oxide, and the element M includes Al, Mn, Mg, B, Zr, W, Nb, Ta, In, Mo and Selected from the group consisting of Sn The invention of at least one active material particle of a lithium ion secondary battery (Claim 1) is described, and this invention describes "safety at the time of an internal short circuit without inhibiting high rate characteristics at low temperatures. further aims to increase "(paragraph [0012]) imply, Li x Ni 1-yz Co y Me z O 2 and has a starting material (claim 6, example) although, NaCl-type crystal structure Since the activity of the nickel oxide or the second lithium nickel composite oxide having low is low, the high rate characteristics (high rate discharge characteristics) are not excellent, and the surface layer of the particles contains a large amount of cobalt. Absent.

特許文献8には、「遷移金属として少なくともニッケル(Ni)およびコバルト(Co)が固溶されたリチウム複合酸化物粒子である一次粒子が凝集した二次粒子からなり、上記、二次粒子全体の平均組成が化1で表され、上記一次粒子の中心から表面に向かって上記コバルト(Co)の存在量が多くなり、上記二次粒子を構成する上記一次粒子のうち、該二次粒子の表面近傍に存在する該一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量が、該二次粒子の中心近傍に存在する該一次粒子におけるコバルト(Co)の存在量よりも多い正極活物質。
[化1] LixCoyNiz1-y-zb-aa
(式中、Mは、ホウ素(B)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、リン(P)、硫黄(S)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、銀(Ag)、バリウム(Ba)、タングステン(W)、インジウム(In)、ストロンチウム(Sr)、スズ(Sn)、鉛(Pb)およびアンチモン(Sb)から選ばれる1種以上の元素である。Xは、ハロゲン元素である。x、y、z、aおよびbはそれぞれ0.8<x≦1.2、0<y≦0.5、0.5≦z≦1.0、1.8≦b≦2.2、0≦a≦1.0の範囲内の値である。)」(請求項1)の発明が記載されているが、この発明は、「高容量化とガス発生の抑制とを同時に資する正極活物質、非水電解質電池用正極、および非水電解質電池を提供することを目的とする」(段落[0013])ものであり、高率放電特性の向上を目的とするものではなく、また、リチウム複合酸化物粒子にMnを含有させることは具体的に記載されていない。
Patent Document 8 includes “secondary particles in which primary particles, which are lithium composite oxide particles in which at least nickel (Ni) and cobalt (Co) are dissolved as transition metals, are aggregated, The average composition is represented by chemical formula 1, the abundance of cobalt (Co) increases from the center of the primary particle toward the surface, and among the primary particles constituting the secondary particle, the surface of the secondary particle A positive electrode active material in which the abundance of cobalt (Co) in the primary particles present in the vicinity is greater than the abundance of cobalt (Co) in the primary particles present in the vicinity of the center of the secondary particles.
Formula 1] Li x Co y Ni z M 1-yz O ba X a
(In the formula, M represents boron (B), magnesium (Mg), aluminum (Al), silicon (Si), phosphorus (P), sulfur (S), titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn ), Iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), yttrium (Y), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), silver (Ag), barium (Ba) ), Tungsten (W), indium (In), strontium (Sr), tin (Sn), lead (Pb), and antimony (Sb), and X is a halogen element. x, y, z, a and b are 0.8 <x ≦ 1.2, 0 <y ≦ 0.5, 0.5 ≦ z ≦ 1.0, 1.8 ≦ b ≦ 2.2, 0, respectively. ≦ a ≦ 1.0.) ”(Claim 1) However, the present invention aims to provide a positive electrode active material, a positive electrode for a nonaqueous electrolyte battery, and a nonaqueous electrolyte battery that simultaneously contribute to an increase in capacity and suppression of gas generation. Paragraph [0013]), which is not intended to improve the high rate discharge characteristics, and does not specifically describe the inclusion of Mn in the lithium composite oxide particles.

特開2010−086690号公報JP 2010-086690 A 特開2011−134670号公報JP 2011-134670 A 特開2011−134708号公報JP 2011-134708 A 特開2011−86603号公報JP 2011-86603 A 特開2010−80231号公報JP 2010-80231 A 特開2007−213866号公報JP 2007-213866 A 特開2006−302880号公報JP 2006-302880 A 特開2012−18827号公報JP 2012-18827 A

本発明の課題は、高率放電特性が優れた非水電解質二次電池用活物質、その活物質の製造方法、及びその活物質を用いた非水電解質二次電池を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in high-rate discharge characteristics, a method for producing the active material, and a nonaqueous electrolyte secondary battery using the active material.

本発明の構成及び作用効果について、技術思想を交えて説明する。但し、作用機構については推定を含んでおり、その正否は、本発明を制限するものではない。なお、本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、後述の実施の形態若しくは実験例は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。   The configuration and operational effects of the present invention will be described with the technical idea. However, the action mechanism includes estimation, and the correctness does not limit the present invention. It should be noted that the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. For this reason, the following embodiments or experimental examples are merely examples in all respects and should not be interpreted in a limited manner. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の手段を採用する。
(1)α−NaFeO型結晶構造を有し、平均組成が組成式Li1+αMe1−α(MeはCo、Ni及びMnを含む遷移金属、α>0)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を含有する非水電解質二次電池用活物質であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、コアと被覆部を有する粒子であり、前記被覆部のコバルト濃度が前記コアのコバルト濃度よりも高く、前記被覆部のマンガン濃度が前記コアのマンガン濃度よりも低く、前記被覆部がコバルト濃度の勾配を有し、前記粒子の表面位置を0、中心位置を1としたときに粒子表面からのコバルト濃度勾配領域の開始点が0.1〜0.5に存在することを特徴とする非水電解質二次電池用活物質。
(2)前記被覆部に存在するコバルトの比率が前記コアに存在する前記遷移金属の量に対してモル比で3〜10%であることを特徴とする前記(1)の非水電解質二次電池用活物質。
(3)前記リチウム遷移金属複合酸化物粒子の2次粒子の粒度分布における累積体積が50%となる粒子径が8μm以下であることを特徴とする前記(1)又は(2)の非水電解質二次電池用活物質。
(4)前記(1)〜(3)のいずれか1項の非水電解質二次電池用活物質の製造方法であって、コバルト、ニッケル及びマンガンを含む遷移金属化合物の第一の水溶液から共沈前駆体を作製する途中で、コバルト、ニッケル及びマンガンを含み、前記第一の水溶液よりもコバルト濃度が高く、マンガン濃度が低い遷移金属化合物の第二の水溶液を加えて、粒子表面からのコバルト濃度勾配領域が存在する遷移金属化合物の共沈前駆体粒子を作製する工程、前記共沈前駆体粒子をリチウム化合物と混合して、焼成する工程を経て、前記リチウム遷移金属複合酸化物を製造することを特徴とする非水電解質二次電池用活物質の製造方法。
(5)前記(1)〜(3)のいずれか1項の非水電解質二次電池用活物質を含有する非水電解質二次電池用電極。
(6)前記(5)の非水電解質二次電池用電極を備えた非水電解質二次電池。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
(1) Lithium transition having an α-NaFeO 2 type crystal structure and an average composition represented by a composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 (Me is a transition metal containing Co, Ni and Mn, α> 0) An active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing a metal composite oxide, wherein the lithium transition metal composite oxide is a particle having a core and a coating portion, and the cobalt concentration in the coating portion is cobalt in the core Higher than the concentration, the manganese concentration of the coating portion is lower than the manganese concentration of the core, the coating portion has a gradient of cobalt concentration, and the particle surface position is 0 and the center position is 1. An active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the starting point of the cobalt concentration gradient region from the surface is 0.1 to 0.5.
(2) The nonaqueous electrolyte secondary according to (1), wherein a ratio of cobalt present in the coating portion is 3 to 10% in terms of a molar ratio with respect to an amount of the transition metal present in the core. Battery active material.
(3) The nonaqueous electrolyte according to (1) or (2) above, wherein the particle size at which the cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particles of the lithium transition metal composite oxide particles is 50% is 8 μm or less. Active material for secondary batteries.
(4) The method for producing an active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (3 ) above, wherein the first aqueous solution of a transition metal compound containing cobalt, nickel, and manganese is used. During the preparation of the precipitation precursor, cobalt from the particle surface is added by adding a second aqueous solution of a transition metal compound containing cobalt, nickel and manganese, having a higher cobalt concentration than the first aqueous solution and a lower manganese concentration. The lithium transition metal composite oxide is manufactured through a step of producing coprecipitation precursor particles of a transition metal compound having a concentration gradient region, a step of mixing the coprecipitation precursor particles with a lithium compound, and firing. The manufacturing method of the active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries characterized by the above-mentioned.
(5) An electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of (1) to (3) .
(6) A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery according to (5) .

本発明(1)、(2)及び(4)の活物質、(5)の製造方法で製造された活物質を用いることにより、高率放電特性(特に、サイクル特性)が優れた非水電解質二次電池を提供できる。
本発明(3)の活物質を用いることにより、高率放電特性に加え、出力特性が優れた非水電解質二次電池を提供できる。
本発明(6)及び(7)によれば、高率放電特性が優れた非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池を提供できる。
By using the active material of the present invention (1), (2) and (4) and the active material produced by the production method of (5), a non-aqueous electrolyte having excellent high rate discharge characteristics (particularly cycle characteristics) A secondary battery can be provided.
By using the active material of the present invention (3), a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in output characteristics in addition to high rate discharge characteristics can be provided.
According to the present invention (6) and (7), it is possible to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery electrode and a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in high rate discharge characteristics.

本発明の製造方法により遷移金属化合物の共沈前駆体粒子を製造する工程の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the process of manufacturing the coprecipitation precursor particle | grains of a transition metal compound with the manufacturing method of this invention. 本発明の非水電解質二次電池用活物質について粒子表面からのコバルト濃度勾配領域の開始点の測定方法を示す図である。It is a figure which shows the measuring method of the starting point of the cobalt concentration gradient area | region from the particle | grain surface about the active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention. 本発明の非水電解質二次電池用活物質について粒子表面からのコバルト濃度勾配領域の開始点の測定結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement result of the starting point of the cobalt concentration gradient area | region from the particle | grain surface about the active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention.

本発明に係る非水電解質二次電池用活物質が含有するリチウム遷移金属複合酸化物の組成は、高い放電容量が得られる点から、Co、Ni及びMnを含む遷移金属元素Me、並びに、Liを含有し、Li1+αMe1−α(α>0)と表記することができる、いわゆる「リチウム過剰型」のものであるが、以下に述べるように、本発明においては、活物質粒子の表面とコアとで組成が異なり、コアは「リチウム過剰型」のものであるが、表面(被覆部)は「リチウム過剰型」のものではない。平均組成としては組成式Li1+αMe1−α(MeはCo、Ni及びMnを含む遷移金属、α>0)で表される。 The composition of the lithium transition metal composite oxide contained in the active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is such that a high discharge capacity can be obtained, and the transition metal element Me containing Co, Ni and Mn, and Li In the present invention, as described below, in the active material particles, it is a so-called “lithium-excess type” which can be expressed as Li 1 + α Me 1-α O 2 (α> 0). The surface and the core have different compositions, and the core is of “lithium-excess type”, but the surface (coating portion) is not “lithium-excess type”. The average composition is represented by the composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 (Me is a transition metal containing Co, Ni and Mn, α> 0).

前記リチウム遷移金属複合酸化物を構成する遷移金属元素を構成するCo、Ni及びMn等の元素の比率は、求められる特性に応じて任意に選択することができる。   The ratio of elements such as Co, Ni and Mn constituting the transition metal element constituting the lithium transition metal composite oxide can be arbitrarily selected according to required characteristics.

本発明は、Co、Ni及びMnを含む遷移金属元素Meが、リチウム遷移金属複合酸化物(活物質)の一粒子中において均一に分布しているものではなく、リチウム遷移金属複合酸化物粒子は、コアと被覆部(シェル)を有し、一粒子におけるCo濃度はコアよりも被覆部の方が高く、逆に、Mn濃度はコアよりも被覆部の方が低いことを特徴としている。高率放電特性を向上させるためには、被覆部に存在するCoの比率をコアに存在する遷移金属の量(Co、Ni及びMnの合計量)に対してモル比で3〜10%とすることが好ましい。   In the present invention, the transition metal element Me containing Co, Ni and Mn is not uniformly distributed in one particle of the lithium transition metal composite oxide (active material). It has a core and a covering part (shell), and the Co concentration in one particle is higher in the covering part than in the core, and conversely, the Mn concentration is lower in the covering part than in the core. In order to improve the high rate discharge characteristics, the ratio of Co present in the coating is set to 3 to 10% in molar ratio with respect to the amount of transition metals present in the core (total amount of Co, Ni and Mn). It is preferable.

また、高率放電のサイクル特性を向上させるためには、一粒子内でCo濃度が連続的に変化したリチウム遷移金属複合酸化物粒子とすることが好ましい。そのために、本発明においては、前記粒子の表面位置を0、中心位置を1としたときに粒子表面からのコバルト濃度勾配領域の開始点を0.1〜0.5に存在させるものである。コアはコバルト濃度が均一な領域であり、被覆部はコバルト濃度勾配領域となる。
本発明において、リチウム遷移金属複合酸化物粒子のコアは、Mn濃度が高く、Co濃度が低いため、Li1+α(Co,Ni,Mn)1−α(α>0)で表される、いわゆる「リチウム過剰型」であり、充電時に収縮する。一方、前記粒子の被覆部は、Co濃度が高く、Mn濃度が低いため、Li(Co,Ni,Mn)Oで表される、いわゆる「LiMeO型」であり、充電時に膨脹する。したがって、充放電の繰り返しにより、コアと被覆部の2相境界にひずみが生じ、分離が生じ易くなるが、2つの相が連続的に組成変化したリチウム遷移金属複合酸化物粒子とすることで、分離が防止され、高率放電のサイクル特性が向上すると推定される。
In order to improve the high-rate discharge cycle characteristics, it is preferable to use lithium transition metal composite oxide particles in which the Co concentration is continuously changed in one particle. Therefore, in the present invention, when the surface position of the particle is 0 and the center position is 1, the starting point of the cobalt concentration gradient region from the particle surface is 0.1 to 0.5. The core is a region where the cobalt concentration is uniform, and the covering portion is a cobalt concentration gradient region.
In the present invention, the core of the lithium transition metal composite oxide particles is expressed by Li 1 + α (Co, Ni, Mn) 1-α O 2 (α> 0) because the Mn concentration is high and the Co concentration is low. This is a so-called “lithium-excess type” and shrinks during charging. On the other hand, since the coated portion of the particles has a high Co concentration and a low Mn concentration, it is a so-called “LiMeO 2 type” represented by Li (Co, Ni, Mn) O 2 and expands during charging. Therefore, by repeating charge and discharge, distortion occurs at the two-phase boundary between the core and the covering portion, and separation is likely to occur, but by making lithium transition metal composite oxide particles in which the two phases are continuously changed in composition, It is estimated that separation is prevented and cycle characteristics of high rate discharge are improved.

放電容量が大きく、高率放電特性が優れた非水電解質二次電池を得ることができるという点で、コアに存在するMnの比率は、Co及びNiの合計比率よりもモル比で大きいことが好ましく、コアに存在する遷移金属の量(Co、Ni及びMnの合計量)に対してモル比で62〜72%とすることがより好ましい。一方、コアに存在するCoの比率は、前記遷移金属の量に対してモル比で2〜23%とすることが好ましい。
また、被覆部に存在するMnの比率は、コアに存在する遷移金属の量に対してモル比で0〜10%とすることが好ましい。
The ratio of Mn present in the core is larger in molar ratio than the total ratio of Co and Ni in that a nonaqueous electrolyte secondary battery having a large discharge capacity and excellent high rate discharge characteristics can be obtained. Preferably, the molar ratio is 62 to 72% with respect to the amount of transition metal present in the core (total amount of Co, Ni and Mn). On the other hand, the ratio of Co present in the core is preferably 2 to 23% in molar ratio with respect to the amount of the transition metal.
Moreover, it is preferable that the ratio of Mn which exists in a coating | coated part shall be 0-10% by molar ratio with respect to the quantity of the transition metal which exists in a core.

以上のように、本発明においては、コアと被覆部で組成が異なるが、コアについては、組成式Li1+αMe1−αにおいて(1+α)/(1−α)で表される遷移金属元素Meに対するLiのモル比Li/Meは、1.2以上、又は1.6以下とすることで、放電容量が大きい非水電解質二次電池を得ることができるので、1.2〜1.6とすることが好ましい。 なかでも、放電容量が特に大きく、高率放電特性が優れた非水電解質二次電池を得ることができるという観点から、前記Li/Meが1.25〜1.40であるものを選択することがより好ましい。 As described above, in the present invention, the composition differs between the core and the coating portion, but the core is a transition metal represented by (1 + α) / (1-α) in the composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 . By setting the molar ratio Li / Me of Li to the element Me to be 1.2 or more or 1.6 or less, a nonaqueous electrolyte secondary battery having a large discharge capacity can be obtained. 6 is preferable. Among these, from the viewpoint that a non-aqueous electrolyte secondary battery having a particularly large discharge capacity and excellent high-rate discharge characteristics can be obtained, a battery having a Li / Me of 1.25 to 1.40 is selected. Is more preferable.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、本質的に、金属元素としてLi、Co、Ni及びMnを含む複合酸化物であるが、本発明の効果を損なわない範囲で、少量のNa,Ca等のアルカリ金属やアルカリ土類金属、Fe,Zn等の3d遷移金属に代表される遷移金属など他の金属を含有することを排除するものではない。   The lithium transition metal composite oxide according to the present invention is essentially a composite oxide containing Li, Co, Ni, and Mn as metal elements, but a small amount of Na, Ca within a range not impairing the effects of the present invention. It does not exclude inclusion of other metals such as alkali metals such as alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals represented by 3d transition metals such as Fe and Zn.

本発明に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、α−NaFeO構造を有している。空間群としてはP312又はR3−mに帰属可能である。ここで、P312は、R3−mにおける3a、3b、6cサイトの原子位置を細分化した結晶構造モデルであり、R3−mにおける原子配置に秩序性が認められるときに該P312モデルが採用される。なお、「R3−m」は本来「R3m」の「3」の上にバー「−」を施して表記すべきものである。 The lithium transition metal composite oxide according to the present invention has an α-NaFeO 2 structure. The space group can be assigned to P3 1 12 or R3-m. Here, P3 1 12 is a crystal structure model in which the atomic positions of the 3a, 3b, and 6c sites in R3-m are subdivided, and when ordering is recognized in the atomic arrangement in R3-m, the P3 1 12 model Is adopted. Note that “R3-m” should be represented by adding a bar “-” on “3” of “R3m”.

また、本発明においては、高率放電特性を向上させるために、CuKα線を用いたX線回折測定による空間群をR3−mとみなしたときの(104)面の半値幅を0.30〜0.50°とすることが好ましい。(104)面の半値幅は、焼成温度が低い場合には大きくなり、焼成温度が高い場合には小さくなる傾向がある。本発明においては、700℃を超え、900℃未満の温度で焼成することにより、(104)面の半値幅を0.30〜0.50°とすることが容易となる。   In the present invention, in order to improve the high rate discharge characteristic, the half width of the (104) plane when the space group by the X-ray diffraction measurement using CuKα rays is regarded as R3-m is set to 0.30. The angle is preferably 0.50 °. The half width of the (104) plane tends to increase when the firing temperature is low and decrease when the firing temperature is high. In the present invention, by baking at a temperature exceeding 700 ° C. and less than 900 ° C., the half width of the (104) plane can be easily set to 0.30 to 0.50 °.

本発明においては、高率放電特性と共に、出力特性を向上させるために、リチウム遷移金属複合酸化物粒子の平均粒子径を8μm以下とすることが好ましい。後述の実施例に示されるように、前駆体作製工程において、原料水溶液滴下終了後の攪拌継続時間を5h未満とすることにより、平均粒子径を8μm以下とすることができる。平均粒子径が8μmを超えた場合、これを用いた非水電解質二次電池は、初期高率放電容量は小さくなるが、高率放電のサイクル特性は優れている。   In the present invention, in order to improve the output characteristics as well as the high rate discharge characteristics, the average particle diameter of the lithium transition metal composite oxide particles is preferably 8 μm or less. As shown in the examples described later, in the precursor preparation step, the average particle size can be 8 μm or less by setting the stirring continuation time after the raw material aqueous solution dropping to less than 5 h. When the average particle diameter exceeds 8 μm, the non-aqueous electrolyte secondary battery using the same has a small initial high-rate discharge capacity, but is excellent in high-rate discharge cycle characteristics.

次に、本発明の非水電解質二次電池用活物質を製造する方法について説明する。
本発明の非水電解質二次電池用活物質の製造方法は、リチウム遷移金属複合酸化物を製造する場合に、Co、Ni及びMnを含む遷移金属化合物の第一の水溶液から共沈前駆体を作製する途中で、Co、Ni及びMnを含み、前記第一の水溶液よりもCo濃度が高く、Mn濃度が低い遷移金属化合物の第二の水溶液を加えて、粒子表面からのCo濃度勾配領域が存在する遷移金属化合物の共沈前駆体粒子を作製する工程、前記遷移金属化合物の共沈前駆体粒子をLi化合物と混合して焼成する工程を経るものである。
本発明の製造方法により遷移金属化合物の共沈前駆体粒子を製造する工程を図1に示す。
Next, a method for producing the active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described.
In the method for producing an active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, when producing a lithium transition metal composite oxide, a coprecipitation precursor is prepared from a first aqueous solution of a transition metal compound containing Co, Ni and Mn. In the course of manufacturing, a second aqueous solution of a transition metal compound containing Co, Ni, and Mn, having a higher Co concentration than the first aqueous solution and a lower Mn concentration is added, and a Co concentration gradient region from the particle surface is formed. The process includes a step of preparing co-precipitated particles of the transition metal compound present, and a step of mixing the co-precipitated precursor particles of the transition metal compound with a Li compound and baking.
A process for producing coprecipitation precursor particles of a transition metal compound by the production method of the present invention is shown in FIG.

一例として、以下のような方法を採用することができる。
Co、Ni及びMnを含む遷移金属化合物の第一の水溶液を入れた第一の容器内の溶液を、特定速度で共沈前駆体粒子を作製するための反応槽に滴下し、第一の容器内の溶液の残量が特定量となった時点で、第一の容器の撹拌を開始し、第一の水溶液よりもCo濃度が高く、Mn濃度が低いCo、Ni及びMnを含む遷移金属化合物の第二の水溶液を入れた第二の容器内の溶液を、一定速度で第一の容器に滴下する。このとき、第二の容器内の溶液の、第一の容器への滴下と、第一の容器内の溶液の、反応槽への滴下とが、ほぼ同時に終了するように、上記の特定速度(第一の容器内の溶液の、反応槽への滴下速度)と上記の特定量(第一の容器内の溶液の残量)を調整する。
ここで、第一の容器内の溶液の、反応槽への滴下が1/2終了した時点から、第二の容器内の溶液の、第一の容器への滴下を開始した場合には、共沈前駆体粒子の表面位置を0、中心位置を1としたときに粒子表面からのコバルトの濃度勾配領域の開始点は0.5に存在することになり、第一の容器内の溶液の、反応槽への滴下が3/4終了した時点から、第二の容器内の溶液の、第一の容器への滴下を開始した場合には、前記コバルトの濃度勾配領域の開始点は0.25に存在することになり、第一の容器内の溶液の、反応槽への滴下が7/8終了した時点から、第二の容器内の溶液の、第一の容器への滴下を開始した場合には、前記コバルトの濃度勾配領域の開始点は0.125に存在することになる。以上のようにして、共沈前駆体粒子の表面位置を0、中心位置を1としたときに粒子表面からのコバルトの濃度勾配領域の開始点が0.1〜0.5に存在するような共沈前駆体粒子を作製することができ、この共沈前駆体粒子を用いて、同様の構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物粒子を作製することができる。
As an example, the following method can be employed.
A solution in a first container containing a first aqueous solution of a transition metal compound containing Co, Ni, and Mn is dropped into a reaction vessel for producing coprecipitated precursor particles at a specific rate, and the first container When the remaining amount of the solution reaches a specific amount, stirring of the first container is started, and the transition metal compound containing Co, Ni, and Mn having higher Co concentration and lower Mn concentration than the first aqueous solution. The solution in the second container containing the second aqueous solution is dropped into the first container at a constant rate. At this time, the above-mentioned specific speed (so that the dripping of the solution in the second container into the first container and the dripping of the solution in the first container into the reaction tank are completed almost simultaneously. The dropping rate of the solution in the first container into the reaction vessel) and the specific amount (the remaining amount of the solution in the first container) are adjusted.
Here, when the dropping of the solution in the first container into the reaction vessel is started from the point when the dropping of the solution in the first container is completed 1/2, When the surface position of the precipitated precursor particles is 0 and the center position is 1, the starting point of the cobalt concentration gradient region from the particle surface is 0.5, and the solution in the first container When the dropping of the solution in the second container to the first container is started from the time when the dropping to the reaction vessel is completed 3/4, the starting point of the cobalt concentration gradient region is 0.25. When the dropping of the solution in the first container into the first container is started from the point when the dropping of the solution in the first container into the reaction vessel is completed 7/8 In this case, the starting point of the cobalt concentration gradient region is 0.125. As described above, when the surface position of the coprecipitated precursor particles is 0 and the center position is 1, the starting point of the cobalt concentration gradient region from the particle surface is 0.1 to 0.5. Coprecipitated precursor particles can be produced, and lithium transition metal composite oxide particles having a similar structure can be produced using the coprecipitated precursor particles.

前記第一の水溶液の滴下により共沈前駆体コア粒子を作製するにあたって、Co,Ni,MnのうちMnは酸化されやすく、Co,Ni,Mnが2価の状態で均一に分布した共沈前駆体コア粒子を作製することが容易ではないため、Co,Ni,Mnの原子レベルでの均一な混合は不十分なものとなりやすい。特に後述する実施例の組成範囲においては、Mn比率がCo,Ni比率に比べて高いので、水溶液中の溶存酸素を除去することが好ましい。溶存酸素を除去する方法としては、酸素を含まないガスをバブリングする方法が挙げられる。酸素を含まないガスとしては、限定されるものではないが、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素(CO)等を用いることができる。なかでも、実施例のように、遷移金属炭酸塩の共沈前駆体を作製する場合には、酸素を含まないガスとして二酸化炭素を採用すると、炭酸塩がより生成しやすい環境が与えられるため、好ましい。 In preparing the coprecipitation precursor core particles by dropping the first aqueous solution, Mn is easily oxidized among Co, Ni, and Mn, and the coprecipitation precursor in which Co, Ni, and Mn are uniformly distributed in a divalent state. Since it is not easy to produce body core particles, uniform mixing at the atomic level of Co, Ni, and Mn tends to be insufficient. In particular, in the composition range of the examples described later, since the Mn ratio is higher than the Co and Ni ratios, it is preferable to remove dissolved oxygen in the aqueous solution. Examples of the method for removing dissolved oxygen include a method of bubbling a gas not containing oxygen. The gas not containing oxygen is not limited, but nitrogen gas, argon gas, carbon dioxide (CO 2 ), or the like can be used. Among them, when producing a coprecipitation precursor of transition metal carbonate as in the examples, when carbon dioxide is employed as a gas not containing oxygen, an environment in which carbonate is more easily generated is given. preferable.

溶液中でCo、Ni及びMnを含有する化合物を共沈させて前駆体を製造する工程におけるpHは限定されるものではないが、前記共沈前駆体を共沈炭酸塩前駆体として作製しようとする場合には、7.5〜11とすることができる。タップ密度を大きくするためには、pHを制御することが好ましい。pHを9.4以下とすることにより、タップ密度を1.25g/cm以上とすることができ、高率放電性能を向上させることができる。さらに、pHを8.0以下とすることにより、粒子成長速度を促進できるので、原料水溶液滴下終了後の撹拌継続時間を短縮できる。 Although the pH in the step of producing a precursor by co-precipitation of a compound containing Co, Ni and Mn in a solution is not limited, an attempt is made to prepare the co-precipitation precursor as a co-precipitation carbonate precursor. When it does, it can be set to 7.5-11. In order to increase the tap density, it is preferable to control the pH. By setting the pH to 9.4 or less, the tap density can be set to 1.25 g / cm 3 or more, and high-rate discharge performance can be improved. Furthermore, since the particle growth rate can be accelerated by setting the pH to 8.0 or less, the stirring continuation time after completion of dropping of the raw material aqueous solution can be shortened.

前記共沈前駆体コア粒子は、MnとNiとCoとが均一に混合された化合物であることが好ましい。本発明においては、放電容量が大きく、高率放電特性が優れた非水電解質二次電池用活物質を得るために、共沈前駆体を炭酸塩とすることが好ましい。また、錯化剤を用いた晶析反応等を用いることによって、より嵩密度の大きな前駆体を作製することもできる。その際、Li源と混合・焼成することでより高密度の活物質を得ることができるので電極面積あたりのエネルギー密度を向上させることができる。   The coprecipitation precursor core particles are preferably a compound in which Mn, Ni, and Co are uniformly mixed. In the present invention, in order to obtain an active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a large discharge capacity and excellent high rate discharge characteristics, the coprecipitation precursor is preferably a carbonate. In addition, a precursor having a larger bulk density can be produced by using a crystallization reaction using a complexing agent. At that time, a higher density active material can be obtained by mixing and firing with a Li source, so that the energy density per electrode area can be improved.

前記共沈前駆体の原料は、Mn化合物としては酸化マンガン、炭酸マンガン、硫酸マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン等を、Ni化合物としては、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、酢酸ニッケル等を、Co化合物としては、硫酸コバルト、硝酸コバルト、酢酸コバルト等を一例として挙げることができる。   The raw materials for the coprecipitation precursor include manganese oxide, manganese carbonate, manganese sulfate, manganese nitrate, manganese acetate, etc. as the Mn compound, and nickel hydroxide, nickel carbonate, nickel sulfate, nickel nitrate, nickel acetate as the Ni compound. As examples of the Co compound, cobalt sulfate, cobalt nitrate, cobalt acetate, and the like can be given as examples.

反応晶析法においては、アルカリ性を保った反応槽に前記共沈前駆体の原料水溶液を滴下供給して共沈前駆体を得るが、ここで、前記原料水溶液の滴下速度は、生成する共沈前駆体の1粒子内における元素分布の均一性に大きく影響を与える。特にMnは、CoやNiと均一な元素分布を形成しにくいので注意が必要である。好ましい滴下速度については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、30ml/min以下が好ましい。
また、放電容量を向上させるためには、滴下速度は10ml/min以下が好ましく、5ml/min以下がより好ましい。
In the reaction crystallization method, a raw material aqueous solution of the coprecipitation precursor is supplied dropwise to a reaction tank that maintains alkalinity to obtain a coprecipitation precursor. This greatly affects the uniformity of the element distribution within one particle of the precursor. In particular, Mn is difficult to form a uniform element distribution with Co and Ni, so care must be taken. The preferred dropping rate is influenced by the reaction vessel size, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., but is preferably 30 ml / min or less.
In order to improve the discharge capacity, the dropping rate is preferably 10 ml / min or less, and more preferably 5 ml / min or less.

また、反応槽内に錯化剤が存在し、かつ一定の対流条件を適用した場合、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続けることにより、粒子の自転および攪拌槽内の公転が促進され、この過程で、粒子同士が衝突しつつ、粒子が段階的に同心円球状に形成される。即ち、共沈前駆体は、反応槽内に原料水溶液が滴下された際の金属錯体形成反応、及び、前記金属錯体が反応槽内の滞留中に生じる沈殿形成反応という2段階での反応を経て形成される。従って、前記原料水溶液の滴下終了後、さらに攪拌を続ける時間を適切に選択することにより、目的とする粒子径を備えた共沈前駆体を得ることができる。   In addition, when a complexing agent is present in the reaction tank and a certain convection condition is applied, the particle rotation and revolution in the stirring tank are promoted by continuing the stirring after the dropwise addition of the raw material aqueous solution. In this process, the particles collide with each other, and the particles are formed concentrically in a stepwise manner. That is, the coprecipitation precursor undergoes a reaction in two stages: a metal complex formation reaction when the raw material aqueous solution is dropped into the reaction tank, and a precipitation formation reaction that occurs while the metal complex is retained in the reaction tank. It is formed. Therefore, a coprecipitation precursor having a target particle size can be obtained by appropriately selecting a time for continuing stirring after the dropping of the raw material aqueous solution.

原料水溶液滴下終了後の好ましい攪拌継続時間については、反応槽の大きさ、攪拌条件、pH、反応温度等にも影響されるが、例えば共沈前駆体を炭酸塩とする場合においては、粒子を均一な球状粒子として成長させるために0.5h以上が好ましく、1h以上がより好ましく、3h以上が最も好ましい。また、粒子径が大きくなりすぎることで電池の出力性能が充分でないものとなる虞を低減させるため、15h以下が好ましく、10h以下がより好ましく、5h以下が最も好ましい。   The preferred stirring duration after completion of the raw material aqueous solution dropping is also affected by the size of the reaction vessel, stirring conditions, pH, reaction temperature, etc., for example, when the coprecipitation precursor is carbonate, In order to grow as uniform spherical particles, 0.5 h or more is preferable, 1 h or more is more preferable, and 3 h or more is most preferable. Moreover, in order to reduce the possibility that the output performance of the battery becomes insufficient due to the particle size becoming too large, 15 h or less is preferable, 10 h or less is more preferable, and 5 h or less is most preferable.

また、本発明においては、リチウム遷移金属複合酸化物の2次粒子の粒度分布における累積体積が50%となる粒子径であるD50を8μm以下とすることにより、これを活物質として用いた非水電解質電池は、高率放電特性に加え、出力特性も向上するが、D50を8μm以下とするための好ましい撹拌継続時間は、制御するpHによって異なる。例えばpHを8.3〜9.0に制御した場合には、撹拌継続時間は4〜5hが好ましく、pHを7.6〜8.2に制御した場合には、撹拌継続時間は1〜3hが好ましい。   In the present invention, the non-aqueous solution using the active material by setting D50, which is the particle diameter at which the cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particles of the lithium transition metal composite oxide is 50%, to 8 μm or less. The electrolyte battery improves the output characteristics in addition to the high-rate discharge characteristics, but the preferable stirring duration for setting D50 to 8 μm or less varies depending on the pH to be controlled. For example, when the pH is controlled to 8.3 to 9.0, the stirring duration is preferably 4 to 5 hours, and when the pH is controlled to 7.6 to 8.2, the stirring duration is 1 to 3 hours. Is preferred.

本発明における非水電解質二次電池用活物質は前記共沈前駆体とLi化合物とを混合した後、熱処理することで好適に作製することができる。Li化合物としては、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム等を用いることで好適に製造することができる。但し、Li化合物の量については、焼成中にLi化合物の一部が消失することを見込んで、1〜5%程度過剰に仕込むことが好ましい。   The active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery in the present invention can be suitably produced by mixing the coprecipitation precursor and the Li compound and then heat-treating them. As a Li compound, it can manufacture suitably by using lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, lithium acetate, etc. However, with respect to the amount of the Li compound, it is preferable to add an excess of about 1 to 5% in view of the disappearance of a part of the Li compound during firing.

焼成温度は、活物質の可逆容量に影響を与える。
焼成温度が高すぎると、得られた活物質が酸素放出反応を伴って崩壊すると共に、主相の六方晶に加えて単斜晶のLi[Li1/3Mn2/3]O型に規定される相が、固溶相としてではなく、分相して観察される傾向がある。このような分相が多く含まれすぎると、活物質の可逆容量の減少を導くので好ましくない。このような材料では、X線回折図上35°付近及び45°付近に不純物ピークが観察される。従って、焼成温度は、活物質の酸素放出反応の影響する温度未満とすることが好ましい。活物質の酸素放出温度は、本発明に係る組成範囲においては、概ね1000℃以上であるが、活物質の組成によって酸素放出温度に若干の差があるので、あらかじめ活物質の酸素放出温度を確認しておくことが好ましい。特に試料に含まれるCo量が多いほど前駆体の酸素放出温度は低温側にシフトすることが確認されているので注意が必要である。活物質の酸素放出温度を確認する方法としては、焼成反応過程をシミュレートするために、共沈前駆体とリチウム化合物を混合したものを熱重量分析(DTA−TG測定)に供してもよいが、この方法では測定機器の試料室に用いている白金が揮発したLi成分により腐食されて機器を痛めるおそれがあるので、あらかじめ500℃程度の焼成温度を採用してある程度結晶化を進行させた組成物を熱重量分析に供するのが良い。
また、本発明において、焼成温度が高すぎると、コアシェルの区別がなくなり、全体が均一組成になることがある。
The firing temperature affects the reversible capacity of the active material.
When the firing temperature is too high, the obtained active material collapses with an oxygen releasing reaction, and in addition to the hexagonal crystal of the main phase, the monoclinic Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 type is obtained. The defined phase tends to be observed as a phase separation rather than as a solid solution phase. If too many such phase separations are contained, it is not preferable because it leads to a reduction in the reversible capacity of the active material. In such materials, impurity peaks are observed around 35 ° and 45 ° on the X-ray diffraction pattern. Therefore, the firing temperature is preferably less than the temperature at which the oxygen release reaction of the active material affects. The oxygen release temperature of the active material is approximately 1000 ° C. or higher in the composition range according to the present invention. However, there is a slight difference in the oxygen release temperature depending on the composition of the active material. It is preferable to keep it. In particular, it is confirmed that the oxygen release temperature of the precursor shifts to the lower temperature side as the amount of Co contained in the sample increases. As a method for confirming the oxygen release temperature of the active material, a mixture of a coprecipitation precursor and a lithium compound may be subjected to thermogravimetric analysis (DTA-TG measurement) in order to simulate the firing reaction process. In this method, the platinum used in the sample chamber of the measuring instrument may be corroded by the Li component volatilized, and the instrument may be damaged. Therefore, a composition in which crystallization is advanced to some extent by adopting a firing temperature of about 500 ° C. in advance. Goods should be subjected to thermogravimetric analysis.
Moreover, in this invention, when a calcination temperature is too high, distinction of a core shell will be lost and the whole may become a uniform composition.

一方、焼成温度が低すぎると、結晶化が十分に進まず、電極特性が低下する傾向がある。本発明においては、焼成温度は少なくとも700℃以上とすることが好ましい。十分に結晶化させることにより、結晶粒界の抵抗を軽減し、円滑なリチウムイオン輸送を促すことができる。
また、発明者らは、本発明活物質の回折ピークの半値幅を詳細に解析することで750℃までの温度で合成した試料においては格子内にひずみが残存しており、それ以上の温度で合成することでほとんどひずみを除去することができることを確認した。また、結晶子のサイズは合成温度が上昇するに比例して大きくなるものであった。よって、本発明活物質の組成においても、系内に格子のひずみがほとんどなく、かつ結晶子サイズが十分成長した粒子を志向することで良好な放電容量を得られるものであった。具体的には、格子定数に及ぼすひずみ量が2%以下、かつ結晶子サイズが50nm以上に成長しているような合成温度(焼成温度)を採用することが好ましいことがわかった。これらを電極として成型して充放電をおこなうことで膨張収縮による変化も見られるが、充放電過程においても結晶子サイズは30nm以上を保っていることが得られる効果として好ましい。即ち、焼成温度を上記した活物質の酸素放出温度にできるだけ近付けるように選択することにより、はじめて、可逆容量が顕著に大きい活物質を得ることができる。
On the other hand, if the firing temperature is too low, crystallization does not proceed sufficiently and the electrode characteristics tend to deteriorate. In the present invention, the firing temperature is preferably at least 700 ° C. or higher. By sufficiently crystallizing, the resistance of the crystal grain boundary can be reduced and smooth lithium ion transport can be promoted.
In addition, the inventors have analyzed the half width of the diffraction peak of the active material of the present invention in detail, and in the sample synthesized at a temperature up to 750 ° C., strain remains in the lattice, and at a temperature higher than that, It was confirmed that almost all strains could be removed by synthesis. The crystallite size was increased in proportion to the increase in the synthesis temperature. Therefore, even in the composition of the active material of the present invention, a favorable discharge capacity can be obtained by aiming at a particle having almost no lattice distortion in the system and having a sufficiently grown crystallite size. Specifically, it has been found that it is preferable to employ a synthesis temperature (firing temperature) such that the strain amount affecting the lattice constant is 2% or less and the crystallite size is grown to 50 nm or more. Although changes due to expansion and contraction are observed by charging and discharging by molding these as electrodes, it is preferable as an effect that the crystallite size is maintained at 30 nm or more in the charging and discharging process. That is, an active material having a remarkably large reversible capacity can be obtained only by selecting the firing temperature as close as possible to the oxygen release temperature of the active material.

上記のように、好ましい焼成温度は、活物質の酸素放出温度により異なるから、一概に焼成温度の好ましい範囲を設定することは難しいが、モル比Li/Meが1.2〜1.6である場合に放電容量を充分なものとし、高率放電特性を向上させるために、焼成温度を700超〜900℃未満とすることが好ましく、750〜850℃付近がより好ましい。   As described above, since the preferable firing temperature varies depending on the oxygen release temperature of the active material, it is generally difficult to set a preferable range of the firing temperature, but the molar ratio Li / Me is 1.2 to 1.6. In this case, in order to make the discharge capacity sufficient and to improve the high rate discharge characteristics, the firing temperature is preferably more than 700 to less than 900 ° C., more preferably around 750 to 850 ° C.

本発明に係る非水電解質二次電池に用いる非水電解質は、限定されるものではなく、一般にリチウム電池等への使用が提案されているものが使用可能である。非水電解質に用いる非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状炭酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;ギ酸メチル、酢酸メチル、酪酸メチル等の鎖状エステル類;テトラヒドロフランまたはその誘導体;1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジブトキシエタン、メチルジグライム等のエーテル類;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキソランまたはその誘導体;エチレンスルフィド、スルホラン、スルトンまたはその誘導体等の単独またはそれら2種以上の混合物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   The nonaqueous electrolyte used for the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is not limited, and those generally proposed for use in lithium batteries and the like can be used. Nonaqueous solvents used for the nonaqueous electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, chloroethylene carbonate and vinylene carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; dimethyl carbonate, Chain carbonates such as diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl butyrate; tetrahydrofuran or derivatives thereof; 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxy Ethers such as ethane, 1,4-dibutoxyethane and methyldiglyme; Nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; Dioxolane or derivatives thereof; Ethylene sulfide, sulfolane, sultone or derivatives thereof Examples thereof include a conductor alone or a mixture of two or more thereof, but are not limited thereto.

非水電解質に用いる電解質塩としては、例えば、LiClO4,LiBF4,LiAsF6,LiPF6,LiSCN,LiBr,LiI,Li2SO4,Li210Cl10,NaClO4,NaI,NaSCN,NaBr,KClO4,KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCF3SO3,LiN(CF3SO22,LiN(C25SO22,LiN(CF3SO2)(C49SO2),LiC(CF3SO23,LiC(C25SO23,(CH34NBF4,(CH34NBr,(C254NClO4,(C254NI,(C374NBr,(n−C494、NClO4,(n−C494NI,(C254N−maleate,(C254N−benzoate,(C254N−phtalate、ステアリルスルホン酸リチウム、オクチルスルホン酸リチウム、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム等の有機イオン塩等が挙げられ、これらのイオン性化合物を単独、あるいは2種類以上混合して用いることが可能である。 Examples of the electrolyte salt used for the nonaqueous electrolyte include LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr. , KClO 4 , KSCN, and other inorganic ion salts containing one of lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K), LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , ( CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (n-C 4 H 9 ) 4 , NClO 4 , (n− C 4 H 9) 4 NI, (C 2 H 5) 4 N-ma eate, (C 2 H 5) 4 N-benzoate, (C 2 H 5) 4 N-phtalate, lithium stearyl sulfonate, lithium octyl sulfonate, organic ion salts of lithium dodecyl benzene sulfonate, and the like. These These ionic compounds can be used alone or in admixture of two or more.

さらに、LiPF6又はLiBF4と、LiN(C25SO22のようなパーフルオロアルキル基を有するリチウム塩とを混合して用いることにより、さらに電解質の粘度を下げることができるので、低温特性をさらに高めることができ、また、自己放電を抑制することができ、より望ましい。 Furthermore, by mixing and using LiPF 6 or LiBF 4 and a lithium salt having a perfluoroalkyl group such as LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , the viscosity of the electrolyte can be further reduced. The low temperature characteristics can be further improved, and self-discharge can be suppressed, which is more desirable.

また、非水電解質として常温溶融塩やイオン液体を用いてもよい。   Moreover, you may use normal temperature molten salt and an ionic liquid as a nonaqueous electrolyte.

非水電解質における電解質塩の濃度としては、高い電池特性を有する非水電解質電池を確実に得るために、0.1mol/l〜5mol/lが好ましく、さらに好ましくは、0.5mol/l〜2.5mol/lである。   The concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.1 mol / l to 5 mol / l, more preferably 0.5 mol / l to 2 in order to reliably obtain a non-aqueous electrolyte battery having high battery characteristics. .5 mol / l.

負極材料としては、限定されるものではなく、リチウムイオンを析出あるいは吸蔵することのできる形態のものであればどれを選択してもよい。例えば、Li[Li1/3Ti5/3]Oに代表されるスピネル型結晶構造を有するチタン酸リチウム等のチタン系材料、SiやSb,Sn系などの合金系材料リチウム金属、リチウム合金(リチウム−シリコン、リチウム−アルミニウム,リチウム−鉛,リチウム−スズ,リチウム−アルミニウム−スズ,リチウム−ガリウム,及びウッド合金等のリチウム金属含有合金)、リチウム複合酸化物(リチウム−チタン)、酸化珪素の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えばグラファイト、ハードカーボン、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)等が挙げられる。 The negative electrode material is not limited, and any negative electrode material that can deposit or occlude lithium ions may be selected. For example, titanium-based materials such as lithium titanate having a spinel crystal structure represented by Li [Li 1/3 Ti 5/3 ] O 4 , alloy-based materials such as Si, Sb, and Sn-based lithium metal, lithium alloys (Lithium metal-containing alloys such as lithium-silicon, lithium-aluminum, lithium-lead, lithium-tin, lithium-aluminum-tin, lithium-gallium, and wood alloys), lithium composite oxide (lithium-titanium), silicon oxide In addition, an alloy capable of inserting and extracting lithium, a carbon material (for example, graphite, hard carbon, low-temperature fired carbon, amorphous carbon, etc.) can be used.

正極活物質の粉体および負極材料の粉体は、平均粒子サイズ100μm以下であることが望ましい。特に、正極活物質の粉体は、非水電解質電池の高出力特性を向上する目的で10μm以下であることが望ましい。粉体を所定の形状で得るためには粉砕機や分級機が用いられる。例えば乳鉢、ボールミル、サンドミル、振動ボールミル、遊星ボールミル、ジェットミル、カウンタージェトミル、旋回気流型ジェットミルや篩等が用いられる。粉砕時には水、あるいはヘキサン等の有機溶剤を共存させた湿式粉砕を用いることもできる。分級方法としては、特に限定はなく、篩や風力分級機などが、乾式、湿式ともに必要に応じて用いられる。   It is desirable that the positive electrode active material powder and the negative electrode material powder have an average particle size of 100 μm or less. In particular, the positive electrode active material powder is desirably 10 μm or less for the purpose of improving the high output characteristics of the non-aqueous electrolyte battery. In order to obtain the powder in a predetermined shape, a pulverizer or a classifier is used. For example, a mortar, a ball mill, a sand mill, a vibrating ball mill, a planetary ball mill, a jet mill, a counter jet mill, a swirling air flow type jet mill or a sieve is used. At the time of pulverization, wet pulverization in the presence of water or an organic solvent such as hexane may be used. There is no particular limitation on the classification method, and a sieve, an air classifier, or the like is used as needed for both dry and wet methods.

以上、正極及び負極の主要構成成分である正極活物質及び負極材料について詳述したが、前記正極及び負極には、前記主要構成成分の他に、導電剤、結着剤、増粘剤、フィラー等が、他の構成成分として含有されてもよい。   The positive electrode active material and the negative electrode material, which are the main components of the positive electrode and the negative electrode, have been described in detail above. In addition to the main components, the positive electrode and the negative electrode include a conductive agent, a binder, a thickener, and a filler. Etc. may be contained as other constituents.

導電剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば限定されないが、通常、天然黒鉛(鱗状黒鉛,鱗片状黒鉛,土状黒鉛等)、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウイスカー、炭素繊維、金属(銅,ニッケル,アルミニウム,銀,金等)粉、金属繊維、導電性セラミックス材料等の導電性材料を1種またはそれらの混合物として含ませることができる。   The conductive agent is not limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance. Usually, natural graphite (such as scaly graphite, scaly graphite, earthy graphite), artificial graphite, carbon black, acetylene black, Conductive materials such as ketjen black, carbon whisker, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) powder, metal fiber, and conductive ceramic material can be included as one kind or a mixture thereof. .

これらの中で、導電剤としては、電子伝導性及び塗工性の観点よりアセチレンブラックが望ましい。導電剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して0.1重量%〜50重量%が好ましく、特に0.5重量%〜30重量%が好ましい。特にアセチレンブラックを0.1〜0.5μmの超微粒子に粉砕して用いると必要炭素量を削減できるため望ましい。これらの混合方法は、物理的な混合であり、その理想とするところは均一混合である。そのため、V型混合機、S型混合機、擂かい機、ボールミル、遊星ボールミルといったような粉体混合機を乾式、あるいは湿式で混合することが可能である。   Among these, as the conductive agent, acetylene black is desirable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. The addition amount of the conductive agent is preferably 0.1% by weight to 50% by weight, and particularly preferably 0.5% by weight to 30% by weight with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode. In particular, it is desirable to use acetylene black by pulverizing into ultrafine particles of 0.1 to 0.5 μm because the required carbon amount can be reduced. These mixing methods are physical mixing, and the ideal is uniform mixing. Therefore, powder mixers such as V-type mixers, S-type mixers, crackers, ball mills, and planetary ball mills can be mixed dry or wet.

前記結着剤としては、通常、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),ポリフッ化ビニリデン(PVDF),ポリエチレン,ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー(EPDM),スルホン化EPDM,スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のゴム弾性を有するポリマーを1種または2種以上の混合物として用いることができる。結着剤の添加量は、正極または負極の総重量に対して1〜50重量%が好ましく、特に2〜30重量%が好ましい。   The binder is usually a thermoplastic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene. Polymers having rubber elasticity such as rubber (SBR) and fluororubber can be used as one kind or a mixture of two or more kinds. The addition amount of the binder is preferably 1 to 50% by weight, particularly preferably 2 to 30% by weight, based on the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

フィラーとしては、電池性能に悪影響を及ぼさない材料であれば何でも良い。通常、ポリプロピレン,ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー、無定形シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素等が用いられる。フィラーの添加量は、正極または負極の総重量に対して添加量は30重量%以下が好ましい。   As the filler, any material that does not adversely affect the battery performance may be used. Usually, olefin polymers such as polypropylene and polyethylene, amorphous silica, alumina, zeolite, glass, carbon and the like are used. The addition amount of the filler is preferably 30% by weight or less with respect to the total weight of the positive electrode or the negative electrode.

正極及び負極は、前記主要構成成分(正極においては正極活物質、負極においては負極材料)、およびその他の材料を混練し合剤とし、N−メチルピロリドン,トルエン等の有機溶媒又は水に混合させた後、得られた混合液を下記に詳述する集電体の上に塗布し、または圧着して50℃〜250℃程度の温度で、2時間程度加熱処理することにより好適に作製される。前記塗布方法については、例えば、アプリケーターロールなどのローラーコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレード方式、スピンコーティング、バーコータ等の手段を用いて任意の厚さ及び任意の形状に塗布することが望ましいが、これらに限定されるものではない。   The positive electrode and the negative electrode are prepared by mixing the main constituents (positive electrode active material in the positive electrode, negative electrode material in the negative electrode) and other materials into a mixture and mixing with an organic solvent such as N-methylpyrrolidone or toluene or water. After that, the obtained liquid mixture is applied on a current collector described in detail below, or pressed and heat-treated at a temperature of about 50 ° C. to 250 ° C. for about 2 hours. . About the application method, for example, it is desirable to apply to any thickness and any shape using means such as roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, etc. It is not limited.

セパレータとしては、優れた高率放電性能を示す多孔膜や不織布等を、単独あるいは併用することが好ましい。非水電解質電池用セパレータを構成する材料としては、例えばポリエチレン,ポリプロピレン等に代表されるポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート,ポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等を挙げることができる。   As the separator, it is preferable to use a porous film or a non-woven fabric exhibiting excellent high rate discharge performance alone or in combination. Examples of the material constituting the separator for a nonaqueous electrolyte battery include polyolefin resins typified by polyethylene and polypropylene, polyester resins typified by polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, and vinylidene fluoride-hexa. Fluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluorovinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-fluoroethylene copolymer, fluorine Vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer, vinylidene fluoride-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-propylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - tetrafluoroethylene - hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride - ethylene - can be mentioned tetrafluoroethylene copolymer.

セパレータの空孔率は強度の観点から98体積%以下が好ましい。また、充放電特性の観点から空孔率は20体積%以上が好ましい。   The porosity of the separator is preferably 98% by volume or less from the viewpoint of strength. Further, the porosity is preferably 20% by volume or more from the viewpoint of charge / discharge characteristics.

また、セパレータは、例えばアクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタアクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン等のポリマーと電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。非水電解質を上記のようにゲル状態で用いると、漏液を防止する効果がある点で好ましい。   The separator may be a polymer gel composed of a polymer such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinyl pyrrolidone, polyvinylidene fluoride, and an electrolyte. Use of the non-aqueous electrolyte in the gel state as described above is preferable in that it has an effect of preventing leakage.

さらに、セパレータは、上述したような多孔膜や不織布等とポリマーゲルを併用して用いると、電解質の保液性が向上するため望ましい。即ち、ポリエチレン微孔膜の表面及び微孔壁面に厚さ数μm以下の親溶媒性ポリマーを被覆したフィルムを形成し、前記フィルムの微孔内に電解質を保持させることで、前記親溶媒性ポリマーがゲル化する。   Furthermore, it is desirable that the separator be used in combination with the above-described porous film, non-woven fabric, or the like and a polymer gel because the liquid retention of the electrolyte is improved. That is, by forming a film in which the surface of the polyethylene microporous membrane and the microporous wall are coated with a solvophilic polymer having a thickness of several μm or less, and holding the electrolyte in the micropores of the film, Gels.

前記親溶媒性ポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデンの他、エチレンオキシド基やエステル基等を有するアクリレートモノマー、エポキシモノマー、イソシアナート基を有するモノマー等が架橋したポリマー等が挙げられる。該モノマーは、ラジカル開始剤を併用して加熱や紫外線(UV)を用いたり、電子線(EB)等の活性光線等を用いて架橋反応を行わせることが可能である。   Examples of the solvophilic polymer include polyvinylidene fluoride, an acrylate monomer having an ethylene oxide group or an ester group, an epoxy monomer, a polymer having a monomer having an isocyanate group, and the like crosslinked. The monomer can be subjected to a crosslinking reaction using a radical initiator in combination with heating or ultraviolet rays (UV), or using an actinic ray such as an electron beam (EB).

非水電解質二次電池の構成については特に限定されるものではなく、正極、負極及びロール状のセパレータを有する円筒型電池、角型電池、扁平型電池等が一例として挙げられる。   The configuration of the nonaqueous electrolyte secondary battery is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery having a positive electrode, a negative electrode, and a roll separator, a square battery, and a flat battery.

従来の正極活物質も、本発明の活物質も、正極電位が4.5V(vs.Li/Li)付近に至って充放電が可能である。しかしながら、使用する非水電解質の種類によっては、充電時の正極電位が高すぎると、非水電解質が酸化分解され電池性能の低下を引き起こす虞がある。したがって、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.3V(vs.Li/Li)以下となるような充電方法を採用しても、充分な放電容量が得られる非水電解質二次電池が求められる場合がある。本発明の活物質を用いると、使用時において、充電時の正極の最大到達電位が4.5V(vs.Li/Li)より低くなるような、例えば、4.4V(vs.Li/Li)以下や4.3V(vs.Li/Li)以下となるような充電方法を採用しても、約200mAh/g以上という従来の正極活物質の容量を超える放電電気量を取り出すことが可能である。 Both the conventional positive electrode active material and the active material of the present invention can be charged / discharged when the positive electrode potential reaches around 4.5 V (vs. Li / Li + ). However, depending on the type of nonaqueous electrolyte used, if the positive electrode potential during charging is too high, the nonaqueous electrolyte may be oxidized and decomposed, resulting in a decrease in battery performance. Therefore, even when a charging method is employed such that the maximum potential of the positive electrode during charging is 4.3 V (vs. Li / Li + ) or lower during use, a sufficient discharge capacity can be obtained. Secondary batteries may be required. When the active material of the present invention is used, for example, 4.4 V (vs. Li / Li) such that the maximum potential of the positive electrode during charging is lower than 4.5 V (vs. Li / Li + ) during use. + ) Or less and 4.3 V (vs. Li / Li + ) or less, even if a charging method is adopted, it is possible to take out a discharge electric quantity exceeding the capacity of the conventional positive electrode active material of about 200 mAh / g or more. Is possible.

本発明に係る正極活物質が、高い放電容量を備えたものとするためには、リチウム遷移金属複合酸化物を構成する遷移金属元素が層状岩塩型結晶構造の遷移金属サイト以外の部分に存在する割合が小さいものであることが好ましい。これは、焼成工程に供する前駆体において、前駆体コア粒子のCo,Ni,Mnといった遷移金属元素が十分に均一に分布していること、及び、活物質試料の結晶化を促すための適切な焼成工程の条件を選択することによって達成できる。焼成工程に供する前駆体コア粒子中の遷移金属の分布が均一でない場合、十分な放電容量が得られないものとなる。この理由については必ずしも明らかではないが、焼成工程に供する前駆体コア粒子中の遷移金属の分布が均一でない場合、得られるリチウム遷移金属複合酸化物は、層状岩塩型結晶構造の遷移金属サイト以外の部分、即ちリチウムサイトに遷移金属元素の一部が存在するものとなる、いわゆるカチオンミキシングが起こることに由来するものと本発明者らは推察している。同様の推察は焼成工程における結晶化過程においても適用でき、活物質試料の結晶化が不十分であると層状岩塩型結晶構造におけるカチオンミキシングが起こりやすくなる。前記遷移金属元素の分布の均一性が高いものは、X線回折測定結果を空間群R3−mに帰属した場合の(003)面と(104)面の回折ピークの強度比が大きいものとなる傾向がある。本発明において、X線回折測定による前記(003)面と(104)面の回折ピークの強度比は、I(003)/I(104)≧1.0であることが好ましい。また、充放電を経た放電末の状態においてI(003)/I(104)>1であることが好ましい。前駆体の合成条件や合成手順が不適切である場合、前記ピーク強度比はより小さい値となり、しばしば1未満の値となる。
本願明細書に記載した合成条件及び合成手順を採用することにより、上記のような高性能の正極活物質を得ることができる。とりわけ、充電上限電位を4.5Vより低く設定した場合、例えば4.4Vや4.3Vといった充電上限電位を設定した場合でも高い放電容量を得ることができる非水電解質二次電池用正極活物質とすることができる。
In order for the positive electrode active material according to the present invention to have a high discharge capacity, the transition metal element constituting the lithium transition metal composite oxide is present in a portion other than the transition metal site of the layered rock salt type crystal structure. It is preferable that the ratio is small. This is because, in the precursor to be subjected to the firing step, the transition metal elements such as Co, Ni, and Mn in the precursor core particles are sufficiently uniformly distributed, and appropriate for promoting the crystallization of the active material sample. This can be achieved by selecting the conditions for the firing process. If the distribution of the transition metal in the precursor core particles subjected to the firing step is not uniform, a sufficient discharge capacity cannot be obtained. Although the reason for this is not necessarily clear, when the distribution of the transition metal in the precursor core particles to be subjected to the firing step is not uniform, the resulting lithium transition metal composite oxide has a layered rock salt type crystal structure other than the transition metal site. The present inventors speculate that this is due to the occurrence of so-called cation mixing, in which a part of the transition metal element is present at the lithium site. The same inference can be applied to the crystallization process in the firing step. If the crystallization of the active material sample is insufficient, cation mixing in the layered rock salt type crystal structure is likely to occur. When the distribution uniformity of the transition metal element is high, the intensity ratio of the diffraction peaks of the (003) plane and the (104) plane when the X-ray diffraction measurement result belongs to the space group R3-m is large. Tend. In the present invention, the intensity ratio of the diffraction peaks of the (003) plane and the (104) plane by X-ray diffraction measurement is preferably I (003) / I (104) ≧ 1.0. Further, it is preferable that I (003) / I (104) > 1 in the state after the discharge after charging and discharging. If the precursor synthesis conditions and procedure are inadequate, the peak intensity ratio will be smaller and often less than 1.
By adopting the synthesis conditions and synthesis procedures described in the present specification, a high-performance positive electrode active material as described above can be obtained. In particular, when the charge upper limit potential is set lower than 4.5V, for example, when a charge upper limit potential such as 4.4V or 4.3V is set, a high discharge capacity can be obtained. It can be.

実施例として、一粒子内でCo濃度が連続的に変化した活物質粒子を得るための非水電解質二次電池用活物質の製造例を示す。   As an Example, the manufacture example of the active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries for obtaining the active material particle in which Co density | concentration changed continuously within one particle is shown.

(実施例1)
[前駆体作製工程]
硫酸コバルト7水和物、硫酸ニッケル6水和物及び硫酸マンガン5水和物を200mlのイオン交換水に溶解させ、Co:Ni:Mnのモル比が12.5:19.94:67.56となる2.00mol/lの硫酸塩水溶液を作製した。これを「第一の硫酸塩水溶液」とする。
Example 1
[Precursor production process]
Cobalt sulfate heptahydrate, nickel sulfate hexahydrate and manganese sulfate pentahydrate were dissolved in 200 ml of ion-exchanged water, and the molar ratio of Co: Ni: Mn was 12.5: 19.94: 67.56. A 2.00 mol / l aqueous sulfate solution was prepared. This is referred to as a “first sulfate aqueous solution”.

硫酸コバルト7水和物、硫酸ニッケル6水和物及び硫酸マンガン5水和物を200mlのイオン交換水に溶解させ、Co:Ni:Mnのモル比が66.67:16.67:16.67となる0.20mol/lの硫酸塩水溶液を作製した。これを「第二の硫酸塩水溶液」とする。   Cobalt sulfate heptahydrate, nickel sulfate hexahydrate and manganese sulfate pentahydrate were dissolved in 200 ml of ion-exchanged water, and the molar ratio of Co: Ni: Mn was 66.67: 16.67: 16.67. A 0.20 mol / l sulfate aqueous solution was prepared. This is referred to as “second aqueous sulfate solution”.

2Lの反応槽に750mlのイオン交換水を注ぎ、COガスを30minバブリングさせることにより、イオン交換水中にCOを溶解させた。反応槽の温度を50℃(±2℃)に設定した。
攪拌モーターを備えたパドル翼を用いて700rpmの回転速度で反応槽内の攪拌を開始した。以降、前記反応槽へ全ての水溶液の滴下が終了するまで、2.00mol/lの炭酸ナトリウム水溶液及び0.4mol/lのアンモニアを含有する水溶液を適宜滴下することにより、反応槽中のpHが常に7.9(±0.05)を保つように制御した。
750 ml of ion exchange water was poured into a 2 L reaction tank, and CO 2 gas was bubbled for 30 min to dissolve CO 2 in ion exchange water. The temperature of the reaction vessel was set to 50 ° C. (± 2 ° C.).
Stirring in the reaction vessel was started at a rotation speed of 700 rpm using a paddle blade equipped with a stirring motor. Thereafter, until the dropping of all the aqueous solution to the reaction vessel is completed, the pH in the reaction vessel is adjusted by appropriately dropping an aqueous solution containing 2.00 mol / l sodium carbonate aqueous solution and 0.4 mol / l ammonia. It was controlled so as to always maintain 7.9 (± 0.05).

前記「第一の硫酸塩水溶液」を入れた第一のビーカー内の溶液を、送液ポンプを用いて4.5ml/minの速度で前記反応槽に滴下した。前記第一のビーカー内の溶液の残量が100mlとなった時点で、第一のビーカーの撹拌を開始し、前記「第二の硫酸塩水溶液」が入った第二のビーカー内の溶液を、送液ポンプを用いて3ml/minの速度で前記第一のビーカーに滴下した。この結果、前記第二のビーカー内の溶液の、前記第一のビーカーへの滴下と、前記第一のビーカー内の溶液の、前記反応槽への滴下とは、ほぼ同時に終了した。滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに3h継続した。攪拌の停止後、12h以上静置した。   The solution in the first beaker containing the “first sulfate aqueous solution” was dropped into the reaction vessel at a rate of 4.5 ml / min using a liquid feed pump. When the remaining amount of the solution in the first beaker reaches 100 ml, stirring of the first beaker is started, and the solution in the second beaker containing the “second aqueous sulfate solution” The solution was dropped into the first beaker at a rate of 3 ml / min using a liquid feed pump. As a result, the dropping of the solution in the second beaker into the first beaker and the dropping of the solution in the first beaker into the reaction vessel were completed almost simultaneously. After completion of the dropping, stirring in the reaction vessel was continued for 3 hours. After the stirring was stopped, the mixture was allowed to stand for 12 hours or more.

次に、吸引ろ過装置を用いて、反応槽内に生成した共沈炭酸塩の粒子を分離し、さらにイオン交換水を用いて粒子に付着しているナトリウムイオンを洗浄除去し、乾燥機を用いて、空気雰囲気中、常圧下、80℃にて20h乾燥させた。その後、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、共沈炭酸塩前駆体を作製した。   Next, using a suction filtration device, the coprecipitated carbonate particles produced in the reaction vessel are separated, and sodium ions adhering to the particles are washed away using ion-exchanged water, and then a dryer is used. Then, it was dried in an air atmosphere at 80 ° C. under normal pressure for 20 hours. Then, in order to arrange | equalize a particle size, it grind | pulverized for several minutes with the smoked automatic mortar. In this way, a coprecipitated carbonate precursor was produced.

[焼成工程]
前記共沈炭酸塩前駆体2.286gに、炭酸リチウム0.960gを加え、瑪瑙製自動乳鉢を用いてよく混合し、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が128.4:100である混合粉体を調製した。ペレット成型機を用いて、6MPaの圧力で成型し、直径25mmのペレットとした。ペレット成型に供した混合粉体の量は、想定する最終生成物の質量が2gとなるように換算して決定した。前記ペレット1個を全長約100mmのアルミナ製ボートに載置し、箱型電気炉(型番:AMF20)に設置し、空気雰囲気中、常圧下、常温から800℃まで約10時間かけて昇温し(昇温速度は80℃/h)、800℃で4h焼成した。前記箱型電気炉の内部寸法は、縦10cm、幅20cm、奥行き30cmであり、幅方向20cm間隔に電熱線が入っている。焼成後、ヒーターのスイッチを切り、アルミナ製ボートを炉内に置いたまま自然放冷した。この結果、炉の温度は5時間後には約200℃程度にまで低下するが、その後の降温速度はやや緩やかである。一昼夜経過後、炉の温度が100℃以下となっていることを確認してから、ペレットを取り出し、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、実施例1に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
[Baking process]
To 2.286 g of the coprecipitated carbonate precursor, 0.960 g of lithium carbonate is added and mixed well using a smoked automatic mortar. The molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) is 128.4: 100. A mixed powder was prepared. Using a pellet molding machine, molding was performed at a pressure of 6 MPa to obtain pellets having a diameter of 25 mm. The amount of the mixed powder subjected to pellet molding was determined by conversion so that the mass of the assumed final product was 2 g. One pellet was placed on an alumina boat having a total length of about 100 mm and placed in a box-type electric furnace (model number: AMF20). The temperature was raised from normal temperature to 800 ° C. in an air atmosphere over about 10 hours. (The heating rate was 80 ° C./h), and calcined at 800 ° C. for 4 hours. The box-type electric furnace has internal dimensions of 10 cm in length, 20 cm in width, and 30 cm in depth, and heating wires are inserted at intervals of 20 cm in the width direction. After firing, the heater was turned off and allowed to cool naturally with the alumina boat placed in the furnace. As a result, the temperature of the furnace decreases to about 200 ° C. after 5 hours, but the subsequent temperature decrease rate is somewhat moderate. After the passage of day and night, it was confirmed that the furnace temperature was 100 ° C. or lower, and then the pellets were taken out and pulverized for several minutes in a smoked automatic mortar in order to make the particle diameter uniform. In this way, a lithium transition metal composite oxide according to Example 1 was produced.

(実施例2)
前駆体作製工程において、 前記「第一の硫酸塩水溶液」を入れた第一のビーカー内の溶液を、送液ポンプを用いて3.75ml/minの速度で前記反応槽に滴下し、前記第一のビーカー内の溶液の残量が50mlとなった時点で前記「第二の硫酸塩水溶液」が入った第二のビーカー内の溶液を、送液ポンプを用いて3ml/minの速度で前記第一のビーカーに滴下したことを除いては、実施例1と同様にして、実施例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 2)
In the precursor preparation step, the solution in the first beaker containing the “first aqueous sulfate solution” is dropped into the reaction vessel at a rate of 3.75 ml / min using a liquid feed pump, and the first When the remaining amount of the solution in one beaker reaches 50 ml, the solution in the second beaker containing the “second sulfate aqueous solution” is fed at a rate of 3 ml / min using a liquid feed pump. A lithium transition metal composite oxide according to Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that it was dropped into the first beaker.

(実施例3)
前駆体作製工程において、 前記「第一の硫酸塩水溶液」を入れた第一のビーカー内の溶液を、送液ポンプを用いて3.375ml/minの速度で前記反応槽に滴下し、前記第一のビーカー内の溶液の残量が25mlとなった時点で前記「第二の硫酸塩水溶液」が入った第二のビーカー内の溶液を、送液ポンプを用いて3ml/minの速度で前記第一のビーカーに滴下したことを除いては、実施例1と同様にして、実施例3に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 3)
In the precursor preparation step, the solution in the first beaker containing the “first aqueous sulfate solution” is dropped into the reaction vessel at a rate of 3.375 ml / min using a liquid feed pump, and the first When the remaining amount of the solution in one beaker reaches 25 ml, the solution in the second beaker containing the “second sulfate aqueous solution” is fed at a rate of 3 ml / min using a liquid feed pump. A lithium transition metal composite oxide according to Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that it was dropped into the first beaker.

(実施例4)
前駆体作製工程において、「第二の硫酸塩水溶液」として、Co:Ni:Mnのモル比が66.67:16.67:16.67となる0.40mol/lの硫酸塩水溶液を用いたこと、及び、焼成工程において、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が126.9:100である混合粉体を調製したことを除いては、実施例2と同様にして、実施例4に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
Example 4
In the precursor preparation step, a 0.40 mol / l sulfate aqueous solution having a Co: Ni: Mn molar ratio of 66.67: 16.67: 16.67 was used as the “second sulfate aqueous solution”. In the same manner as in Example 2, except that a mixed powder having a molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) of 126.9: 100 was prepared in the firing step. 4 produced a lithium transition metal composite oxide.

(実施例5)
前駆体作製工程において、「第一の硫酸塩水溶液」として、Co:Ni:Mnのモル比を12.5:18.0:69.5としたこと、及び、焼成工程において、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が123.5:100である混合粉体を調製したことを除いては、実施例2と同様にして、実施例5に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 5)
In the precursor preparation step, as the “first sulfate aqueous solution”, the molar ratio of Co: Ni: Mn was set to 12.5: 18.0: 69.5, and in the firing step, Li: (Co , Ni, Mn) A lithium transition metal composite oxide according to Example 5 was produced in the same manner as in Example 2 except that a mixed powder having a molar ratio of 123.5: 100 was prepared. .

(実施例6)
前駆体作製工程において、「第二の硫酸塩水溶液」として、Co:Ni:Mnのモル比が50.0:30.0:20.0となる0.20mol/lの硫酸塩水溶液を用いたこと、及び、焼成工程において、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が128.4:100である混合粉体を調製したことを除いては、実施例2と同様にして、実施例6に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 6)
In the precursor preparation process, a 0.20 mol / l sulfate aqueous solution having a Co: Ni: Mn molar ratio of 50.0: 30.0: 20.0 was used as the “second sulfate aqueous solution”. In the same manner as in Example 2, except that a mixed powder having a molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) of 128.4: 100 was prepared in the firing step. 6 produced a lithium transition metal composite oxide.

(実施例7)
前駆体作製工程において、滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに継続する時間を1hとしたこと、及び、焼成工程において、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が128.4:100である混合粉体を調製したことを除いては、実施例2と同様にして、実施例7に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 7)
In the precursor preparation step, after completion of dropping, the time for further stirring in the reaction vessel was set to 1 h, and in the firing step, the molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) was 128.4: 100. A lithium transition metal composite oxide according to Example 7 was produced in the same manner as in Example 2 except that the mixed powder was prepared.

(実施例8)
前駆体作製工程において、滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに継続する時間を5hとしたことを除いては、実施例2と同様にして、実施例8に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Example 8)
In the precursor preparation step, the lithium transition metal composite oxide according to Example 8 was prepared in the same manner as in Example 2 except that the time for further stirring in the reaction vessel was 5 h after the completion of the dropping. Produced.

(実施例9)
前駆体作製工程において、滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに継続する時間を10hとしたことを除いては、実施例2と同様にして、実施例9に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
Example 9
In the precursor preparation step, the lithium transition metal composite oxide according to Example 9 was prepared in the same manner as in Example 2 except that the time during which stirring in the reaction vessel was further continued was 10 h after completion of the dropping. Produced.

(比較例1)
硫酸コバルト7水和物、硫酸ニッケル6水和物及び硫酸マンガン5水和物を200mlのイオン交換水に溶解させ、Co:Ni:Mnのモル比が12.5:19.94:67.56となる2.00mol/lの硫酸塩水溶液を作製した。
(Comparative Example 1)
Cobalt sulfate heptahydrate, nickel sulfate hexahydrate and manganese sulfate pentahydrate were dissolved in 200 ml of ion-exchanged water, and the molar ratio of Co: Ni: Mn was 12.5: 19.94: 67.56. A 2.00 mol / l aqueous sulfate solution was prepared.

2Lの反応槽に750mlのイオン交換水を注ぎ、COガスを30minバブリングさせることにより、イオン交換水中にCOを溶解させた。反応槽の温度を50℃(±2℃)に設定した。
攪拌モーターを備えたパドル翼を用いて700rpmの回転速度で反応槽内の攪拌を開始した。以降、前記反応槽へ全ての水溶液の滴下が終了するまで、2.00mol/lの炭酸ナトリウム水溶液及び0.4mol/lのアンモニアを含有する水溶液を適宜滴下することにより、反応槽中のpHが常に7.9(±0.05)を保つように制御した。
750 ml of ion exchange water was poured into a 2 L reaction tank, and CO 2 gas was bubbled for 30 min to dissolve CO 2 in ion exchange water. The temperature of the reaction vessel was set to 50 ° C. (± 2 ° C.).
Stirring in the reaction vessel was started at a rotation speed of 700 rpm using a paddle blade equipped with a stirring motor. Thereafter, until the dropping of all the aqueous solution to the reaction vessel is completed, the pH in the reaction vessel is adjusted by appropriately dropping an aqueous solution containing 2.00 mol / l sodium carbonate aqueous solution and 0.4 mol / l ammonia. It was controlled so as to always maintain 7.9 (± 0.05).

前記硫酸塩水溶液を入れた第一のビーカー内の溶液を、送液ポンプを用いて3ml/minの速度で前記反応槽に滴下した。前記硫酸塩水溶液の全量が滴下された後、反応槽内の攪拌をさらに3h継続した。   The solution in the first beaker containing the aqueous sulfate solution was dropped into the reaction vessel at a rate of 3 ml / min using a liquid feed pump. After the total amount of the sulfate aqueous solution was dropped, stirring in the reaction vessel was further continued for 3 hours.

次に、吸引ろ過装置を用いて、反応槽内に生成した共沈炭酸塩の粒子を分離し、さらにイオン交換水を用いて粒子に付着しているナトリウムイオンを洗浄除去し、乾燥機を用いて、空気雰囲気中、常圧下、80℃にて20h乾燥させた。その後、粒径を揃えるために、瑪瑙製自動乳鉢で数分間粉砕した。このようにして、共沈炭酸塩前駆体を作製した。   Next, using a suction filtration device, the coprecipitated carbonate particles produced in the reaction vessel are separated, and sodium ions adhering to the particles are washed away using ion-exchanged water, and then a dryer is used. Then, it was dried in an air atmosphere at 80 ° C. under normal pressure for 20 hours. Then, in order to arrange | equalize a particle size, it grind | pulverized for several minutes with the smoked automatic mortar. In this way, a coprecipitated carbonate precursor was produced.

焼成工程において、前記共沈炭酸塩前駆体2.278gと炭酸リチウム0.970gとを混合し、Li:(Co,Ni,Mn)のモル比が130:100である混合粉体を調製したことを除いては、実施例1と同様にして、比較例1に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。   In the firing step, 2.278 g of the coprecipitated carbonate precursor and 0.970 g of lithium carbonate were mixed to prepare a mixed powder in which the molar ratio of Li: (Co, Ni, Mn) was 130: 100. A lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that.

(比較例2)
前駆体作製工程において、前記「第一の硫酸塩水溶液」を入れた第一のビーカー内の溶液を、送液ポンプを用いて6ml/minの速度で前記反応槽に滴下し、前記滴下の開始と同時に、前記「第二の硫酸塩水溶液」が入った第二のビーカー内の溶液を、送液ポンプを用いて3ml/minの速度で前記第一のビーカーに滴下したことを除いては、実施例1と同様にして、比較例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物を作製した。
(Comparative Example 2)
In the precursor preparation step, the solution in the first beaker containing the “first aqueous sulfate solution” is dropped into the reaction vessel at a rate of 6 ml / min using a liquid feed pump, and the dropping starts. At the same time, except that the solution in the second beaker containing the “second sulfate aqueous solution” was dropped into the first beaker at a rate of 3 ml / min using a feed pump. In the same manner as in Example 1, a lithium transition metal composite oxide according to Comparative Example 2 was produced.

<X線回折測定による(104)面の半値幅の測定>
実施例1〜8及び比較例1、2のリチウム遷移金属複合酸化物について、Rigaku「MiniFlexII」を用いてX線回折測定をおこなった。線源はCuKα、加速電圧及び電流はそれぞれ30kV及び15mAとした。得られたX線回折データについて、前記測定装置の付属ソフトである「PDXA」を用いて、44〜45°付近に存在する回折ピークについて半値幅を決定した。
<Measurement of half width of (104) plane by X-ray diffraction measurement>
The lithium transition metal composite oxides of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to X-ray diffraction measurement using Rigaku “MiniFlex II”. The radiation source was CuKα, and the acceleration voltage and current were 30 kV and 15 mA, respectively. About the obtained X-ray-diffraction data, the half value width was determined about the diffraction peak which exists in 44-45 degree vicinity using "PDXA" which is the attached software of the said measuring apparatus.

<粒子表面からのCo濃度勾配領域の測定>
実施例1〜9及び比較例1、2に係るそれぞれのリチウム遷移金属複合酸化物に対して、走査型電子顕微鏡(SEM)(JEOL社製、型番JSM-6360)及びこれに付属するエネルギー分散型X線分析(EDX:Energy dispersive X-ray spectrometry)装置(以下「SEM−EDX装置」ともいう)を用いて、次の手順により、粒子表面から粒子内部にかけての金属組成比率を測定した。
<Measurement of Co concentration gradient region from particle surface>
For each of the lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 and 2, a scanning electron microscope (SEM) (manufactured by JEOL, model number JSM-6360) and the energy dispersion type attached thereto Using an X-ray analysis (EDX: Energy dispersive X-ray spectrometry) apparatus (hereinafter also referred to as “SEM-EDX apparatus”), the metal composition ratio from the particle surface to the inside of the particle was measured by the following procedure.

アクリル樹脂製のリング(外径10mm、内径8mm)内に、測定対象とするリチウム遷移金属複合酸化物の粉末粒子をスパテラにて適量採取して投入し、さらに硬化用二液性エポキシ樹脂を流し込んで硬化させた。次に、研磨機(Wingo Seiki 社製 GPM GRINDING & POLISHING)とエミリー研磨紙(#180)を用いて、前記粉末粒子の断面が出るように研磨し、最終的にエミリー研磨紙(#1000)を用いて表面研磨を行った。研磨を行った表面に白金蒸着を行い、前記SEM−EDX装置にセットした。分析位置のワーキングディスタンスは10mmとし、電子銃の加速電圧は15kVとした。SEM観察により、断面観察に適した、粒子の中心を含む断面が観察表面に露出している粒子を選択した。分析対象元素はCo、Ni及びMnとした。図2に示すように、粒子の中心から粒子の表面までの距離を8等分し領域を測定点とし、各測定点において、Co、Ni及びMnのモル濃度の合計に対するCo、Ni及びMnのそれぞれのモル濃度の比率を算出した。 In a ring made of acrylic resin (outer diameter: 10 mm, inner diameter: 8 mm), an appropriate amount of lithium transition metal composite oxide powder particles to be measured is collected with a spatula and charged, and then a two-part epoxy resin for curing is poured. And cured. Next, using a polishing machine (GPM GRINDING & POLISHING made by Wingo Seiki) and Emily abrasive paper (# 180), the powder particles are polished so that the cross section of the powder particles appears, and finally Emily abrasive paper (# 1000) is removed. Using this, surface polishing was performed. Platinum deposition was performed on the polished surface and set in the SEM-EDX apparatus. The working distance at the analysis position was 10 mm, and the acceleration voltage of the electron gun was 15 kV. By SEM observation, a particle suitable for cross-sectional observation and having a cross-section including the center of the particle exposed on the observation surface was selected. The analysis target elements were Co, Ni, and Mn. As shown in FIG. 2, each region distance of 8 equal parts from the center of the particle to the surface of the particle as a measuring point at each measuring point, Co, Co to the total of the molar concentration of Ni and Mn, Ni and The ratio of each Mn molar concentration was calculated.

一例として、実施例2に係るリチウム遷移金属複合酸化物に対する測定結果を図3に示す。次に、「粒子表面からのコバルト濃度勾配領域の開始点」を求める手順を同じく図2を例に挙げて説明する。図2では、8等分した各領域について粒子の中心部をPoint 1、粒子の表面部をPoint 8としたとき、粒子表面であるPoint 8から粒子内部のPoint 6の地点にかけてコバルト(Co)の濃度比率が漸次低下しており、Point 5の地点から粒子の中心部であるPoint 1までは各分析対象元素の濃度比率は一定である。この場合、Point 8からPoint 6までを「粒子表面からのコバルト濃度勾配領域」と定義する。このように、「コバルト濃度勾配領域」がPoint 8からPoint xまでと判定した場合、次式に従って求めた値を「粒子表面からのコバルト濃度勾配領域の開始点」と定義する。
粒子表面からのコバルト濃度勾配領域の開始点 = (8−x)/8
従って、図3の例では、「粒子表面からのコバルト(Co)濃度勾配領域の開始点」の値は0.250である。
As an example, the measurement results for the lithium transition metal composite oxide according to Example 2 are shown in FIG. Next, the procedure for obtaining the “starting point of the cobalt concentration gradient region from the particle surface” will be described using FIG. 2 as an example. In FIG. 2, when the central part of the particle is Point 1 and the surface part of the particle is Point 8 in each of the eight divided regions, cobalt (Co) is formed from Point 8 on the particle surface to Point 6 inside the particle. The concentration ratio gradually decreases, and the concentration ratio of each analysis target element is constant from the point 5 to the point 1 which is the center of the particle. In this case, Point 8 to Point 6 are defined as “cobalt concentration gradient region from the particle surface”. Thus, when it is determined that the “cobalt concentration gradient region” is from Point 8 to Point x, the value obtained according to the following equation is defined as “the start point of the cobalt concentration gradient region from the particle surface”.
Starting point of cobalt concentration gradient region from particle surface = (8−x) / 8
Therefore, in the example of FIG. 3, the value of “starting point of cobalt (Co) concentration gradient region from particle surface” is 0.250.

<粒子径の測定>
実施例1〜9及び比較例1、2に係るリチウム遷移金属複合酸化物は、次の条件及び手順に沿って粒度分布測定を行った。測定装置には日機装社製Microtrac(型番:MT3000)を用いた。前記測定装置は、光学台、試料供給部及び制御ソフトを搭載したコンピュータからなり、光学台にはレーザー光透過窓を備えた湿式セルが設置される。測定原理は、測定対象試料が分散溶媒中に分散している分散液が循環している湿式セルにレーザー光を照射し、測定試料からの散乱光分布を粒度分布に変換する方式である。前記分散液は試料供給部に蓄えられ、ポンプによって湿式セルに循環供給される。前記試料供給部は、常に超音波振動が加えられている。分散溶媒として水を用いた。測定制御ソフトにはMicrotrac DHS for Win98(MT3000)を用いた。前記測定装置に設定入力する「物質情報」については、溶媒の「屈折率」として1.33を設定し、「透明度」として「透過(TRANSPARENT)」を選択し、「球形粒子」として「非球形」を選択した。試料の測定に先立ち、「Set Zero」操作を行う。「Set Zero」操作は、粒子からの散乱光以外の外乱要素(ガラス、ガラス壁面の汚れ、ガラス凸凹など)が後の測定に与える影響を差し引くための操作であり、試料供給部に分散溶媒である水のみを入れ、湿式セルに分散溶媒である水のみが循環している状態でバックグラウンド測定を行い、バックグラウンドデータをコンピュータに記憶させる。続いて「Sample LD(Sample Loading)」操作を行う。Sample LD操作は、測定時に湿式セルに循環供給される分散液中の試料濃度を最適化するための操作であり、測定制御ソフトの指示に従って試料供給部に測定対象試料を手動で最適量に達するまで投入する操作である。続いて、「測定」ボタンを押すことで測定操作が行われる。前記測定操作を2回繰り返し、その平均値として測定結果が制御コンピュータから出力される。測定結果は、粒度分布ヒストグラム、並びに、D10、D50及びD90の各値(D10、D50及びD90は、2次粒子の粒度分布における累積体積がそれぞれ10%、50%及び90%となる粒度)として取得される。測定されたD50の値を表1に示す。
<Measurement of particle size>
The lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 and 2 were subjected to particle size distribution measurement according to the following conditions and procedures. Microtrac (model number: MT3000) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. was used as a measuring device. The measuring apparatus is composed of a computer equipped with an optical bench, a sample supply unit, and control software, and a wet cell equipped with a laser light transmission window is installed on the optical bench. The measurement principle is a method in which a wet cell in which a dispersion liquid in which a sample to be measured is dispersed in a dispersion solvent circulates is irradiated with laser light, and the scattered light distribution from the measurement sample is converted into a particle size distribution. The dispersion is stored in a sample supply unit and circulated and supplied to a wet cell by a pump. The sample supply unit is always subjected to ultrasonic vibration. Water was used as a dispersion solvent. Microtrac DHS for Win98 (MT3000) was used as measurement control software. For the `` substance information '' set and input to the measuring device, set 1.33 as the `` refractive index '' of the solvent, select `` TRANSPARENT '' as the `` transparency '', and set `` non-spherical '' as the `` spherical particle '' Selected. Prior to sample measurement, perform “Set Zero” operation. The “Set Zero” operation is an operation to subtract the influence of disturbance elements other than the scattered light from the particles (glass, dirt on the glass wall surface, glass irregularities, etc.) on the subsequent measurement. Only a certain amount of water is put in, a background measurement is performed in a state where only the water as the dispersion solvent is circulating in the wet cell, and the background data is stored in the computer. Subsequently, “Sample LD (Sample Loading)” operation is performed. The Sample LD operation is an operation for optimizing the sample concentration in the dispersion that is circulated and supplied to the wet cell during measurement, and manually reaches the optimum amount of the sample to be measured in the sample supply unit according to the instructions of the measurement control software. It is an operation to throw up. Subsequently, the measurement operation is performed by pressing the “Measure” button. The measurement operation is repeated twice, and the measurement result is output from the control computer as the average value. The measurement results are as a particle size distribution histogram and values of D10, D50 and D90 (D10, D50 and D90 are particle sizes at which the cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particles is 10%, 50% and 90%, respectively) To be acquired. The measured D50 values are shown in Table 1.

<非水電解質二次電池の作製及び評価>
実施例1〜9及び比較例1、2のそれぞれのリチウム遷移金属複合酸化物を非水電解質二次電池用正極活物質として用いて、以下の手順で非水電解質二次電池を作製し、電池特性を評価した。
<Preparation and evaluation of nonaqueous electrolyte secondary battery>
Using each of the lithium transition metal composite oxides of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 and 2 as a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced by the following procedure, and the battery The characteristics were evaluated.

正極活物質、アセチレンブラック(AB)及びポリフッ化ビニリデン(PVdF)を、質量比85:8:7の割合で混合した。この混合物を、分散媒としてN−メチルピロリドンを加えて混練分散し、塗布液を調製した。なお、PVdFについては、固形分が溶解分散された液を用いることによって、固形質量換算した。該塗布液を厚さ20μmのアルミニウム箔集電体に塗布し、正極板を作製した。   The positive electrode active material, acetylene black (AB), and polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed at a mass ratio of 85: 8: 7. This mixture was kneaded and dispersed by adding N-methylpyrrolidone as a dispersion medium to prepare a coating solution. In addition, about PVdF, it converted into solid mass by using the liquid by which solid content was melt | dissolved and dispersed. The coating solution was applied to an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm to produce a positive electrode plate.

対極(負極)には、正極の単独挙動を観察するため、リチウム金属を用いた。このリチウム金属は、ニッケル箔集電体に密着させた。ただし、非水電解質二次電池の容量が十分に正極規制となるような調製が実施された。   Lithium metal was used for the counter electrode (negative electrode) in order to observe the single behavior of the positive electrode. This lithium metal was adhered to a nickel foil current collector. However, preparation was performed such that the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery was sufficiently positive electrode regulated.

電解液としては、EC/EMC/DMCの体積比が6:7:7である混合溶媒に、LiPFを、その濃度が1mol/lとなるように溶解させたものを用いた。セパレータとしては、ポリアクリレートを用いて表面改質することによって電解質の保持性を向上させた、ポリプロピレン製の微孔膜を用いた。また、ニッケル板にリチウム金属箔をはりつけたものを、参照極として用いた。外装体には、ポリエチレンテレフタレート(15μm)/アルミニウム箔(50μm)/金属接着性ポリプロピレンフィルム(50μm)からなる金属樹脂複合フィルムを用いた。この外装体に、正極端子、負極端子および参照極端子の開放端部が、外部に露出するように電極を収納した。前記金属樹脂複合フィルムの内面同士が向かい合った融着代を、注液孔となる部分を除いて、気密封止した。 As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent having a volume ratio of EC / EMC / DMC of 6: 7: 7 so that its concentration becomes 1 mol / l was used. As the separator, a microporous membrane made of polypropylene, whose electrolyte retention was improved by surface modification with polyacrylate, was used. Moreover, what adhered lithium metal foil to the nickel plate was used as a reference electrode. A metal resin composite film made of polyethylene terephthalate (15 μm) / aluminum foil (50 μm) / metal-adhesive polypropylene film (50 μm) was used for the outer package. The electrode was accommodated in this exterior body so that the open ends of the positive electrode terminal, the negative electrode terminal, and the reference electrode terminal were exposed to the outside. The fusion allowance in which the inner surfaces of the metal resin composite film face each other was hermetically sealed except for the portion to be the injection hole.

上記のようにして作製された非水電解質二次電池に対して、25℃の下、2サイクルの初期充放電工程を実施した。電圧制御は、全て、正極電位に対して行った。充電は、電流0.1CmA、電圧4.6Vの定電流定電圧充電とした。充電終止条件については、電流値が0.02CmAに減衰した時点とした。放電は、電流0.1CmA、終止電圧2.0Vの定電流放電とした。全てのサイクルにおいて、充電後及び放電後に、30分の休止時間を設定した。このようにして、実施例及び比較例に係る非水電解質二次電池を完成した。   The initial charge / discharge process of 2 cycles was implemented at 25 degreeC with respect to the nonaqueous electrolyte secondary battery produced as mentioned above. All voltage control was performed on the positive electrode potential. The charging was constant current constant voltage charging with a current of 0.1 CmA and a voltage of 4.6V. The charge termination condition was the time when the current value attenuated to 0.02 CmA. The discharge was a constant current discharge with a current of 0.1 CmA and a final voltage of 2.0 V. In all cycles, a 30 minute rest period was set after charging and after discharging. Thus, the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on an Example and a comparative example was completed.

完成した非水電解質二次電池について、3サイクルの充放電を行った。電圧制御は、全て、正極電位に対して行った。この充放電サイクルの条件は、充電電圧を4.3V(vs.Li/Li)としたことを除いては、前記初期充放電工程の条件と同一である。全てのサイクルにおいて、充電後及び放電後に、30分の休止時間を設定した。ここで、3サイクル目の放電容量を「放電容量(0.1C)(mAh/g)」として記録した。 The completed nonaqueous electrolyte secondary battery was charged and discharged for 3 cycles. All voltage control was performed on the positive electrode potential. The conditions for this charge / discharge cycle are the same as the conditions for the initial charge / discharge step, except that the charge voltage was 4.3 V (vs. Li / Li + ). In all cycles, a 30 minute rest period was set after charging and after discharging. Here, the discharge capacity at the third cycle was recorded as “discharge capacity (0.1 C) (mAh / g)”.

〔高率放電試験〕
次に、次の手順にて高率放電試験を行った。まず、電流0.1CmA、電圧4.3Vの定電流定電圧充電を行った。30分の休止後、電流1CmA、終止電圧2.0Vの定電流放電を行い、このときの放電容量を「初期高率放電容量(mAh/g)」として記録した。
また、「放電容量(0.1C)(mAh/g)」に対する「初期高率放電容量(mAh/g)」の比率を「高率放電特性(%)」として記録した。
上記の高率放電試験を30サイクル行い、「初期高率放電容量(mAh/g)」に対する30サイクル後の高率放電容量の比率を「30サイクル後高率放電容量維持率(%)」として記録した。
[High rate discharge test]
Next, a high rate discharge test was performed according to the following procedure. First, constant current / constant voltage charging with a current of 0.1 CmA and a voltage of 4.3 V was performed. After a 30-minute pause, a constant current discharge with a current of 1 CmA and a final voltage of 2.0 V was performed, and the discharge capacity at this time was recorded as “initial high rate discharge capacity (mAh / g)”.
The ratio of “initial high rate discharge capacity (mAh / g)” to “discharge capacity (0.1 C) (mAh / g)” was recorded as “high rate discharge characteristics (%)”.
The above high rate discharge test is performed for 30 cycles, and the ratio of the high rate discharge capacity after 30 cycles to the “initial high rate discharge capacity (mAh / g)” is defined as “high rate discharge capacity maintenance rate after 30 cycles (%)”. Recorded.

〔低SOC領域における出力性能試験〕
前記高率放電試験の後、電流0.1CmA、電圧4.3Vの定電流定電圧充電を行い、このときの充電電気量を計測した。30分の休止後、電流0.1CmAの定電流放電を行い、前記充電電気量に対して70%の電気量を通電した時点で放電を休止した。
[Output performance test in low SOC range]
After the high-rate discharge test, constant current and constant voltage charging with a current of 0.1 CmA and a voltage of 4.3 V was performed, and the amount of charge at this time was measured. After a 30-minute pause, a constant current discharge with a current of 0.1 CmA was performed, and the discharge was paused when 70% of the amount of electricity was applied to the amount of charge.

放電休止から30分後、各率放電電流でそれぞれ1秒放電する試験を行った。具体的には、まず、電流0.1CmAにて1秒放電し、2分の休止後、電流0.1CmAにて1秒補充電を行った。さらに2分の休止後、電流1CmAにて1秒放電し、2分の休止後、電流0.1CmAにて10秒補充電を行った。さらに2分の休止後、電流2CmAにて1秒放電し、2分の休止後、電流0.1CmAにて20秒補充電を行った。以上の結果から、各率放電1秒後の電圧降下を電流値に対してプロットし、最小二乗法によるフィッティングを行い、このグラフの切片及び傾きから、放電レート0のときの擬似的な値であるE0及び直流抵抗Rをそれぞれ算出した。放電終止電圧を2.5Vと仮定し、次式により、SOC30%における出力を求めた。この結果を「初期出力(W)」として記録した。
SOC30%出力(W) =2.5×(E0−2.5)/R
上記の出力性能試験を30サイクル行い、「初期出力(W)」に対する30サイクル後の出力の比率を「30サイクル後出力維持率(%)」として記録した。
30 minutes after the discharge was stopped, a test was performed in which discharge was performed at each rate discharge current for 1 second. Specifically, first, discharging was performed for 1 second at a current of 0.1 CmA, and after a pause of 2 minutes, supplementary charging was performed for 1 second at a current of 0.1 CmA. Further, after a rest of 2 minutes, the battery was discharged for 1 second at a current of 1 CmA, and after a rest of 2 minutes, supplementary charging was performed for 10 seconds at a current of 0.1 CmA. Further, after a rest of 2 minutes, the battery was discharged at a current of 2 CmA for 1 second, and after a rest of 2 minutes, a supplementary charge was performed at a current of 0.1 CmA for 20 seconds. From the above results, the voltage drop after 1 second of each rate discharge is plotted against the current value, and fitting by the least square method is performed. From the intercept and slope of this graph, pseudo values at the discharge rate of 0 are obtained. A certain E0 and DC resistance R were calculated. Assuming a discharge end voltage of 2.5 V, the output at SOC 30% was obtained by the following equation. This result was recorded as “initial output (W)”.
SOC 30% output (W) = 2.5 x (E0-2.5) / R
The output performance test was performed for 30 cycles, and the ratio of the output after 30 cycles to the “initial output (W)” was recorded as “output maintenance rate after 30 cycles (%)”.

実施例1〜9及び比較例1、2について、(104)面半値幅、初期効率放電容量、初期出力、30サイクル後高率放電容量維持率、30サイクル後出力維持率の測定結果を表1に示す。さらに、上記の「粒子表面からのCo濃度勾配領域の測定」によって求めた測定結果を表1に併せて示す。   For Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 and 2, the measurement results of (104) half width, initial efficiency discharge capacity, initial output, high-rate discharge capacity maintenance rate after 30 cycles, and output maintenance rate after 30 cycles are shown in Table 1. Shown in Further, Table 1 also shows the measurement results obtained by the above-mentioned “Measurement of Co concentration gradient region from particle surface”.

図3の例及び表1の結果から、実施例1〜9及び比較例1、2に係るリチウム遷移金属複合酸化物の、粒子表面から粒子内部にかけての金属組成は、いずれも、共沈炭酸塩前駆体を作製する工程で用いた「第一の硫酸塩水溶液」及び「第二の硫酸塩水溶液」の金属組成比率、並びに、これらの硫酸塩水溶液の反応槽への滴下手順がそのまま反映されたものとなっていることがわかった。
すなわち、実施例1〜9において、共沈炭酸塩前駆体を作製する際に、第一のビーカー内の溶液(Co、Ni及びMnを含む第一の硫酸塩水溶液)の、反応槽への滴下が1/2終了した時点から、第二のビーカー内の溶液(第一の硫酸塩水溶液よりもCo濃度が高く、Mn濃度が低いCo、Ni及びMnを含む第二の硫酸塩水溶液)の、第一のビーカーへの滴下を開始することにより、共沈炭酸塩前駆体とし、この共沈炭酸塩前駆体を炭酸リチウムと混合して800℃で焼成して得たリチウム遷移金属複合酸化物は、粒子の表面位置を0、中心位置を1としたときに粒子表面からのCo濃度勾配領域の開始点が0.500となる。同じく3/4終了した時点から滴下を開始した場合には、粒子表面からのCo濃度勾配領域の開始点は0.250となり、同じく7/8終了した時点から滴下を開始した場合には、粒子表面からのCo濃度勾配領域の開始点は0.125となる。被覆部Co/コアMeのモル比は、実施例4においては10%であり、他の実施例においては5%である。
そして、滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに継続する時間を3h以内とした場合には、リチウム遷移金属複合酸化物の2次粒子の粒度分布における累積体積が50%となる粒子径であるD50は8μm以下となり、これを活物質として用いることにより、初期高率放電容量、初期出力、30サイクル後の高率放電容量維持率、出力維持率がいずれも優れた非水電解質二次電池が得られた(実施例1〜7)。
また、滴下終了後、反応槽内の攪拌をさらに継続する時間を5h、10hとした場合には、リチウム遷移金属複合酸化物の粒子径D50は13μm、18μmと大きくなる。これを活物質として用いた非水電解質二次電池(実施例8、9)は、粒子表面からのCo濃度勾配領域のない(被覆部のない)均一なリチウム遷移金属複合酸化物を活物質したもの(比較例1)と比較して、初期高率放電容量は向上しないが、30サイクル後高率放電容量維持率は高く、高率放電のサイクル特性は向上する。
From the example of FIG. 3 and the result of Table 1, the metal composition from the particle surface to the inside of the particles of the lithium transition metal composite oxides according to Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 and 2 are both coprecipitated carbonates. The metal composition ratio of the “first sulfate aqueous solution” and “second sulfate aqueous solution” used in the step of preparing the precursor, and the dropping procedure of these sulfate aqueous solutions into the reaction tank were reflected as they were. I found out that it was a thing.
That is, in Examples 1 to 9, when preparing the coprecipitated carbonate precursor, the solution in the first beaker (first sulfate aqueous solution containing Co, Ni and Mn) was dropped into the reaction vessel. Of the solution in the second beaker (second sulfate aqueous solution containing Co, Ni and Mn having a higher Co concentration and lower Mn concentration than the first sulfate aqueous solution) By starting dropping into the first beaker, a coprecipitated carbonate precursor was obtained, and this coprecipitated carbonate precursor was mixed with lithium carbonate and baked at 800 ° C. to obtain a lithium transition metal composite oxide When the particle surface position is 0 and the center position is 1, the start point of the Co concentration gradient region from the particle surface is 0.500. Similarly, when dropping is started from the end of 3/4, the starting point of the Co concentration gradient region from the particle surface is 0.250, and when dropping is started from the end of 7/8, The starting point of the Co concentration gradient region from the surface is 0.125. The molar ratio of coating portion Co / core Me is 10% in Example 4 and 5% in other examples.
And after completion | finish of dripping, when the time which further continues stirring in a reaction tank shall be less than 3h, it is a particle diameter from which the cumulative volume in the particle size distribution of the secondary particle of lithium transition metal complex oxide will be 50%. D50 is 8 μm or less. By using this as an active material, a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in initial high rate discharge capacity, initial output, high rate discharge capacity maintenance rate after 30 cycles, and output maintenance rate can be obtained. Obtained (Examples 1 to 7).
In addition, when the time during which stirring in the reaction vessel is further continued after the completion of dropping is set to 5 h and 10 h, the particle diameter D50 of the lithium transition metal composite oxide increases to 13 μm and 18 μm. Non-aqueous electrolyte secondary batteries (Examples 8 and 9) using this as an active material were obtained by using a uniform lithium transition metal composite oxide having no Co concentration gradient region from the particle surface (no covering portion) as an active material. Compared with the one (Comparative Example 1), the initial high rate discharge capacity is not improved, but the high rate discharge capacity retention rate is high after 30 cycles, and the cycle characteristics of high rate discharge are improved.

また、同時に滴下を開始した場合には、均一なリチウム遷移金属複合酸化物となるが、これを活物質として用いた非水電解質二次電池(比較例2)は、初期高率放電容量が小さい。   Moreover, when dripping is started at the same time, a uniform lithium transition metal composite oxide is obtained, but the non-aqueous electrolyte secondary battery using this as an active material (Comparative Example 2) has a small initial high rate discharge capacity. .

以上のことからみて、コアと被覆部を有するリチウム遷移金属複合酸化物が、「前記被覆部がコバルト濃度の勾配を有し、前記粒子の表面位置を0、中心位置を1としたときに粒子表面からのコバルト濃度勾配領域の開始点が0.1〜0.5に存在すること」という要件を満たすことにより、これを活物質として用いた非水電解質二次電池は高率放電特性及び高率放電のサイクル特性が向上するといえる。さらに、8μm以下の粒子を用いることによって出力特性が向上するといえる。   In view of the above, the lithium transition metal composite oxide having the core and the covering portion is obtained as follows. “When the covering portion has a cobalt concentration gradient, the particle surface position is 0 and the center position is 1. By satisfying the requirement that the starting point of the cobalt concentration gradient region from the surface is in the range of 0.1 to 0.5, the non-aqueous electrolyte secondary battery using this as an active material has high rate discharge characteristics and high It can be said that the cycle characteristics of rate discharge are improved. Furthermore, it can be said that the output characteristics are improved by using particles of 8 μm or less.

本発明の活物質を用いた非水電解質二次電池は、高率放電特性、サイクル特性、出力特性が優れたものであるから、電気自動車用電源、電子機器用電源、電力貯蔵用電源等の非水電解質二次電池に有効に利用できる。   Since the nonaqueous electrolyte secondary battery using the active material of the present invention has excellent high rate discharge characteristics, cycle characteristics, and output characteristics, such as power supplies for electric vehicles, power supplies for electronic devices, power supplies for power storage, etc. It can be effectively used for non-aqueous electrolyte secondary batteries.

Claims (6)

α−NaFeO型結晶構造を有し、平均組成が組成式Li1+αMe1−α(MeはCo、Ni及びMnを含む遷移金属、α>0)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を含有する非水電解質二次電池用活物質であって、前記リチウム遷移金属複合酸化物は、コアと被覆部を有する粒子であり、前記被覆部のコバルト濃度が前記コアのコバルト濃度よりも高く、前記被覆部のマンガン濃度が前記コアのマンガン濃度よりも低く、前記被覆部がコバルト濃度の勾配を有し、前記粒子の表面位置を0、中心位置を1としたときに粒子表面からのコバルト濃度勾配領域の開始点が0.1〜0.5に存在することを特徴とする非水電解質二次電池用活物質。 Lithium transition metal composite oxidation having an α-NaFeO 2 type crystal structure and an average composition represented by the composition formula Li 1 + α Me 1-α O 2 (Me is a transition metal containing Co, Ni and Mn, α> 0) The lithium transition metal composite oxide is a particle having a core and a coating portion, and the cobalt concentration in the coating portion is higher than the cobalt concentration in the core. High, the manganese concentration of the coating portion is lower than the manganese concentration of the core, the coating portion has a gradient of cobalt concentration, and when the surface position of the particle is 0 and the center position is 1, An active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the starting point of the cobalt concentration gradient region is 0.1 to 0.5. 前記被覆部に存在するコバルトの比率が前記コアに存在する前記遷移金属の量に対してモル比で3〜10%であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池用活物質。   2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a ratio of cobalt present in the coating portion is 3 to 10% in a molar ratio with respect to an amount of the transition metal present in the core. Active material. 前記リチウム遷移金属複合酸化物粒子の2次粒子の粒度分布における累積体積が50%となる粒子径が8μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池用活物質。   3. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a particle diameter in which a cumulative volume in a particle size distribution of secondary particles of the lithium transition metal composite oxide particles is 50% is 8 μm or less. Active material. 請求項1〜のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用活物質の製造方法であって、コバルト、ニッケル及びマンガンを含む遷移金属化合物の第一の水溶液から共沈前駆体を作製する途中で、コバルト、ニッケル及びマンガンを含み、前記第一の水溶液よりもコバルト濃度が高く、マンガン濃度が低い遷移金属化合物の第二の水溶液を加えて、粒子表面からのコバルト濃度勾配領域が存在する遷移金属化合物の共沈前駆体粒子を作製する工程、前記共沈前駆体粒子をリチウム化合物と混合して、焼成する工程を経て、前記リチウム遷移金属複合酸化物を製造することを特徴とする非水電解質二次電池用活物質の製造方法。 It is a manufacturing method of the active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of any one of Claims 1-3 , Comprising: A coprecipitation precursor from the 1st aqueous solution of the transition metal compound containing cobalt, nickel, and manganese. In the course of preparation, a second concentration of transition metal compound containing cobalt, nickel and manganese, having a higher cobalt concentration than that of the first aqueous solution and a lower manganese concentration, is added. Producing the lithium transition metal composite oxide through a step of producing coprecipitation precursor particles of an existing transition metal compound, a step of mixing the coprecipitation precursor particles with a lithium compound, and firing. A method for producing an active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. 請求項1〜のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用活物質を含有する非水電解質二次電池用電極。 The electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing the active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries of any one of Claims 1-3 . 請求項に記載の非水電解質二次電池用電極を備えた非水電解質二次電池。 A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 5 .
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